Ce qui est commun dans la zone de la coquille sédimentaire la croûte terrestre. C'est l'un des minéraux les plus importants pour l'homme. Le pétrole est un mélange très complexe de cyclanes, d'arènes et d'alcanes. Il contient également des composés d'oxygène, de soufre et d'azote. Plus d'un millier de composés spécifiques ont été trouvés dans la composition du pétrole, qui contiennent environ quatre-vingt-dix pour cent de carbone, quinze pour cent d'hydrogène, cinq pour cent de soufre, un pour cent d'azote et trois pour cent d'oxygène. L'huile comprend également un petit mélange de composés minéraux. La teneur en cendres de l'huile est très faible, elle ne dépasse pas un dixième de pour cent. L'huile est de trois types :

1. Léger.

2. Moyenne.

3. Lourd.

L'huile brûle à une chaleur d'environ 43,7 à 46,2 MJ / kg, ce qui est son énorme avantage parmi les autres substances combustibles.

La composition de l'huile peut également inclure des fractions légères qui bouillent à deux cents degrés Celsius. Ils sont principalement composés d'hydrocarbures méthane, c'est-à-dire d'alcanes. La teneur de ces fractions légères dans les produits pétroliers produits à différents endroits peut varier considérablement. Les cycloalcanes, ainsi que les hydrocarbures aromatiques, c'est-à-dire les arènes, sont essentiels dans la composition du pétrole.

Les composants les plus toxiques qui composent le pétrole et les produits pétroliers sont considérés à juste titre (arènes). On les appelle des toxiques chroniques. Le benzène, le toluène et le xylène peuvent être attribués aux plus actifs d'entre eux et à action rapide, car ce sont des substances à bas point d'ébullition. Un grand nombre d'arènes différents sont considérés comme des mutagènes et cancérigènes dangereux. Le groupe d'arènes le plus dangereux est le groupe des hydrocarbures polyaromatiques.

Composition chimique le pétrole comprend également une grande proportion d'hydrocarbures méthane solides - les soi-disant paraffines. Leur contenu peut dépasser quinze pour cent.

1. Huile à faible composition en paraffine. Ils ne contiennent pas plus d'un et demi pour cent de paraffines dans la composition.

2. Huile de composition moyenne en paraffine. Cette huile contient jusqu'à six pour cent de paraffine.

3. Huile de paraffine élevée. Ici, la paraffine contient plus de 6 %.

D'un point de vue environnemental, les composants importants du pétrole sont.Selon la teneur de ces produits, le pétrole est également divisé en trois groupes :

1. Brut doux. Il contient jusqu'à un demi pour cent de soufre.

2. Huile aigre. Ici, la teneur en soufre ne dépasse pas deux pour cent.

3. Huile à haute teneur en soufre. Ce sont tous des produits pétroliers contenant plus de deux pour cent de soufre.

Les propriétés de l'huile, qui est la principale définition de la hauteur de sa qualité, comprennent:

1. Densité. En ce qui concerne l'huile, on entend le plus souvent que sa masse volumique par rapport à l'huile distillée varie habituellement de 0,8 à 0,9 g/cm3, mais il existe aussi des types d'huile dont la masse volumique peut atteindre 0,98 g/cm3.

2. Viscosité. Allouer la viscosité conditionnelle, cinématique et dynamique.

3. Poids moléculaire. C'est l'indicateur le plus important de la qualité des produits pétroliers. Le poids moléculaire de la plupart des produits pétroliers ne dépasse pas 300 g/mol.

4. Il s'agit d'un indicateur très important pour les produits pétroliers, qui sont des mélanges complexes de diverses substances.

5. Composition fractionnaire. Toutes les substances qui, même en petites quantités, entrent dans la composition de l'huile sont d'une grande importance pour sa qualité.

Les principaux éléments qui composent les composants du pétrole sont le carbone et l'hydrogène. La teneur en carbone et en hydrogène des différentes huiles varie dans des limites relativement étroites et est en moyenne de 83,5 à 87 % en poids pour le carbone et de 11,5 à 14 % en poids pour l'hydrogène. En termes de haute teneur en hydrogène, le pétrole occupe une position exceptionnelle parmi les autres caustobiolithes. Dans les charbons d'humus, la teneur en hydrogène est en moyenne de 5% en poids, dans les formations solides de sapropélite - 8% en poids. L'augmentation de la teneur en hydrogène explique l'état liquide de l'huile.

Outre le carbone et l'hydrogène, toutes les huiles contiennent du soufre, de l'oxygène et de l'azote. Azote dans les huiles de 0,001-0,3 à 1,8% de la masse. La teneur en oxygène varie de 0,1 à 1,0% de la masse. Cependant, dans certaines huiles très résineuses, il peut être plus élevé.

Les huiles diffèrent considérablement par leur teneur en soufre. Dans les huiles de nombreux gisements de soufre, il y a relativement peu de 0,1 à 1,0% de la masse. Mais la proportion d'huiles acides avec une teneur en soufre de 1 à 3 wt. a considérablement augmenté ces derniers temps. Il existe également des huiles fortement sulfurées avec une teneur en soufre supérieure à 3 % en poids.

En très petites quantités, les huiles contiennent d'autres éléments, principalement des métaux (vanadium, nickel, magnésium, chrome, titane, cobalt, potassium, calcium, sodium, etc.). Du phosphore et du silicium ont également été trouvés. Le contenu de ces éléments est exprimé en petites fractions de pour cent. Le germanium a été trouvé dans divers produits pétroliers avec une teneur de 0,15 à 0,19 g/t.

Conformément à la composition élémentaire, la majeure partie des composants de l'huile sont des hydrocarbures. Dans la partie de faible poids moléculaire de l'huile, à laquelle nous pouvons conditionnellement inclure des substances d'un poids moléculaire ne dépassant pas 250-300 et distillées jusqu'à 300-350 ° C, il existe les hydrocarbures les plus simples en structure. Ils appartiennent aux séries homologues suivantes :

C p H 2p + 2 - paraffines, hydrocarbures méthane, alcanes;

C p H 2p - cycloparaffines, polyméthylène monocyclique

les hydrocarbures, les naphtènes, les cyclanes (alkylcyclopentanes et alkylcyclohexanes) ;

C p H 2p-2 - dicycloparaffines, polyméthylène bicyclique

les hydrocarbures (à cinq chaînons, à six chaînons et mixtes);

C p H 2p-4 - tricycloparaffines, hydrocarbures de polyméthylène tricycliques (à cinq chaînons, à six chaînons et mixtes);

C p H 2p-6 - hydrocarbures aromatiques monocycliques, hydrocarbures benzéniques, arènes;

C p N 2p-8 - hydrocarbures naphténo-aromatiques mixtes bicycliques;

C p H 2p-12 sont des hydrocarbures aromatiques bicycliques.

Seules trois classes d'hydrocarbures sont pratiquement présentes dans la fraction essence : les alcanes, les cyclanes et la série des benzènes aromatiques. Au kérosène

et les fractions de gazole, une proportion importante sont des hydrocarbures bi- et tricycliques.

Les hydrocarbures insaturés avec des liaisons insaturées dans la chaîne, en règle générale, ne sont pas présents dans les pétroles bruts. Il existe certaines huiles à faible teneur en hydrocarbures insaturés (Bradford, USA).

En plus des hydrocarbures, la partie de bas poids moléculaire de l'huile contient : - des composés oxygénés - des acides naphténiques, des phénols ;

Composés soufrés - mercaptans, sulfures, disulfures, thiophènes ;

Les composés azotés sont des bases pyridiniques et des amines.

La quantité de toutes ces substances hétéroatomiques distillées dans la plage de 300 à 350 o C est faible, car la majeure partie de l'oxygène, du soufre et de l'azote est concentrée dans la partie à poids moléculaire élevé de l'huile.

Lors de la distillation en usine d'huiles acides, en raison de la décomposition thermique de composés hétéroatomiques complexes, jusqu'à 5% de la masse peut s'accumuler dans les distillats légers commerciaux. et plus de composés soufrés de bas poids moléculaire.

Lors de l'évaluation de la teneur en composés hétéroatomiques, il convient de tenir compte du fait que dans les composés soufrés, oxygénés et azotés, le soufre, l'oxygène et l'azote sont associés à divers radicaux hydrocarbonés et 10 à 20 heures (masse) de ces éléments représentent 10 à 20 heures (masse) de carbone et d'hydrogène.

La composition chimique de la partie de poids moléculaire élevé du pétrole, qui comprend conditionnellement des substances distillées au-dessus de 350 ° C, a été peu étudiée.Nous parlons de mazout, de fractions pétrolières et de goudron. Le poids moléculaire des composants de cette partie de l'huile varie de 300 à 1000. Cette partie de l'huile est un mélange de substances de composition et de structure diverses.

Les principaux types de composés inclus dans ce mélange:

Hydrocarbures paraffiniques de haut poids moléculaire C p H 2n+2;

Hydrocarbures cycloparaffiniques mono- et polycycliques à chaînes paraffiniques longues ou courtes de C p H 2p à C p H 2p-10;

Hydrocarbures aromatiques mono- et polycycliques à chaînes paraffiniques latérales de C p H 2p-6 à C p H 2p-36 ;

Hydrocarbures naphténo-aromatiques polycycliques mixtes (hybrides) avec chaînes paraffiniques latérales de C p H 2p-8 à C p H 2p-22;

Une variété de composés organiques de nature hybride polycyclique, dont les molécules sont constituées de cycles carbonés purs, de cycles contenant des hétéroatomes - soufre, oxygène ou azote, ainsi que de chaînes de paraffine longues ou courtes;

Substances résineuses-asphaltènes - résines et asphaltènes ; ces substances pétrolières les plus complexes se caractérisent par une structure polycyclique et la présence obligatoire d'oxygène, elles concentrent également l'essentiel de l'azote et des métaux ; la teneur en résines de certaines huiles atteint 30 à 40 % en poids.

Les principaux types de composés inclus dans l'huile. hydrocarbures paraffiniques. Les hydrocarbures de cette classe de composés organiques sont présents dans toutes les huiles et constituent l'un de ses principaux constituants. Ils sont inégalement répartis entre les fractions, se concentrant dans les gaz de pétrole et les fractions essence-kérosène. Dans les distillats d'huile, leur teneur chute fortement. Certaines huiles se caractérisent par l'absence totale de paraffines dans les fractions à haut point d'ébullition.

Les hydrocarbures gazeux méthane, éthane, propane, butane, isobutane, 2,2-diméthylpropane sont à l'état gazeux dans des conditions normales. Tous font partie des gaz naturels et associés au pétrole.

Les gaz provenant des gisements de pétrole sont appelés gaz de pétrole associés. Ces gaz sont dissous dans le pétrole et en sont libérés lorsqu'il remonte à la surface. La composition des gaz associés au pétrole diffère de celle des gaz secs par la teneur en éthane, propane, butanes et hydrocarbures supérieurs.

hydrocarbures liquides. Selon leurs points d'ébullition, les hydrocarbures du pentane au décane et tous leurs isomères doivent entrer dans le distillat d'essence lors de la distillation du pétrole.

hydrocarbures solides. Les paraffines solides dans les huiles sont à l'état cristallin dissous ou en suspension. Dans les huiles paraffiniques et hautement paraffiniques, leur teneur s'élève à 10-20% de la masse. Lors de la distillation du fioul, des paraffines de composition C 18 -C 35 pénètrent dans les fractions pétrolières. Les hydrocarbures à point de fusion supérieur C 36 -C 53 - cérésines sont concentrés dans les goudrons.

La présence d'hydrocarbures solides dans les huiles lubrifiantes et spéciales est inacceptable, car ils augmentent le point d'écoulement et réduisent la mobilité des huiles à basse température. Par conséquent, les huiles sont soumises à une purification spéciale - déparaffinage.

Les hydrocarbures méthane appartiennent à la série CH 2n + 2, ils occupent une place exceptionnellement importante parmi les hydrocarbures pétroliers. Ainsi, les gaz naturels sont représentés exclusivement par des hydrocarbures méthaniques et le plus souvent presque entièrement par le méthane lui-même. Les fractions légères de toutes les huiles liquides sont également constituées presque entièrement d'hydrocarbures méthane. Certes, à mesure que le poids moléculaire moyen des fractions pétrolières augmente, leur teneur en hydrocarbures méthane diminue fortement. Dans les fractions moyennes, bouillant dans la plage de 200 à 300 ° C, les hydrocarbures méthaniques ne contiennent généralement pas plus de 25 à 33%, et à 500 ° C, les hydrocarbures méthaniques du pétrole sont presque complètement calés. Dans les fractions supérieures du pétrole, les hydrocarbures méthane sont des solides - paraffine et partiellement cérésine. De plus, la structure et les propriétés des hydrocarbures polyméthylène complexes, aromatiques et dits hybrides sont fortement influencées par les chaînes latérales des radicaux de la série méthane.

CONCLUSION: Certaines huiles peuvent contenir plus ou moins d'hydrocarbures méthane. En général, il est évident que les hydrocarbures méthane constituent la base de la plupart des gaz naturels et des fractions légères de pétrole liquide, ce qui mérite une attention particulière, car ce sont ces composants qui sont le plus souvent les matières premières de la synthèse organique et pétrochimique moderne.

Naphténique.

Les cycloalcanes (C p H 2p) - hydrocarbures naphténiques - font partie de toutes les fractions pétrolières, à l'exception des gaz. En moyenne, les huiles de différents types contiennent de 25 à 80% de la masse. Les fractions d'essence et de kérosène sont représentées principalement par des homologues du cyclopentane et du cyclohexane, principalement avec des cyclanes substitués par des alkyles courts (C 1 - C 3 ). Les fractions à haut point d'ébullition contiennent principalement des homologues polycycliques de cyclanes avec 2 à 4 cyclanes identiques ou différents d'un type de structure articulée ou condensée. La répartition des cyclanes par fractions pétrolières est la plus diversifiée. Leur teneur augmente à mesure que les fractions deviennent plus lourdes et ne diminue que dans les fractions d'huile à point d'ébullition le plus élevé. On peut noter la répartition suivante des isomères de cyclane : parmi les cyclopentanes en C 7 , les 1,2 - et 1,3-diméthyl-substitués prédominent ; les C 8 -cyclopentanes sont représentés principalement par des triméthyl-substitués ; parmi les alkylcyclohexanes, la proportion de di- et triméthyl-substitués ne contenant pas d'atome de carbone quaternaire prédomine.

Les hydrocarbures naphténiques ont commencé à désigner non seulement les hydrocarbures polyméthylènes monocycliques, mais aussi polycycliques d'origine pétrolière.

Les naphtènes font partie de toutes les huiles et sont présents dans toutes les fractions. Leur teneur augmente à mesure que les fractions deviennent plus lourdes. Ce n'est que dans les fractions d'huile à point d'ébullition le plus élevé que leur quantité diminue en raison d'une augmentation des structures aromatiques.

Les naphtènes monocycliques sont représentés par des structures cyclopentane et cyclohexane. Dans les fractions essence et kérosène, plus de 80 représentants individuels de cette classe d'hydrocarbures de composition C 5 -C 12 ont été trouvés. Des quantités relativement importantes sont présentes dans les huiles : méthylcyclohexane, cyclohexane, méthylcyclopentane, certains homologues diméthyliques du cyclopentane. En petites quantités, du cycloheptane et du méthylcycloheptane ont été trouvés. Les fractions au-dessus de 200 o C contiennent des naphtènes bicycliques et polycycliques avec pas plus de six cycles.

CONCLUSION: Les hydrocarbures naphténiques sont les composants de la plus haute qualité des carburants et des huiles lubrifiantes. Les hydrocarbures naphténiques monocycliques confèrent aux essences pour moteurs, aux carburéacteurs et aux carburants diesel des propriétés de haute performance et constituent une charge d'alimentation de meilleure qualité dans les procédés de reformage catalytique.

Hydrocarbures aromatiques.

Les arènes sont présentées dans l'huile comme monocycliques et polycycliques. En règle générale, les huiles contiennent 15 à 20 % d'arènes. Dans les huiles aromatiques (résineuses), leur teneur atteint 35%. Selon la répartition des hydrocarbures aromatiques par fractions, l'huile peut être divisée en trois groupes :

naphténo-aromatiques - huiles dont les hydrocarbures aromatiques (principalement polycycliques) sont concentrés dans des fractions supérieures. Ce sont des huiles résineuses lourdes de densité > 0,9 ;

naphténiques - huiles dont les hydrocarbures aromatiques sont concentrés principalement dans des fractions moyennes. La densité de ces huiles est de 0,85 à 0,9;

3) huiles paraffiniques - huiles dont les hydrocarbures aromatiques sont concentrés en fractions légères (jusqu'à 300°C).

Les fractions jusqu'à 200°C (fractions essence) ne contiennent que des homologues du benzène. Tous les homologues du benzène ont été trouvés dans les huiles, y compris C9. Les homologues de benzène monosubstitués contenant 4 atomes de carbone ou plus dans la chaîne latérale sont rares. Les plus courants sont le toluène, l'éthylbenzène, les xylènes (le m-xylène prévaut car plus stable thermodynamiquement), puis les triméthylbenzènes, suivis du cumène, du propylbenzène, des méthyléthylbenzènes.

Dans les fractions de 200 à 350°C, les alkylbenzènes prédominent, principalement des di- et trisubstitués, dont les molécules contiennent des groupes méthyle et un groupe alkyle de composition C 7 -Cg. En plus des homologues du benzène, ces fractions contiennent des homologues du naphtalène (mono-, bi-, tri- et tétraméthylnaphtalènes). Des homologues de diphényle ont également été trouvés. Le naphtalène est rare.

Les fractions >350°C, en plus des homologues supérieurs du benzène et des homologues du naphtalène, contiennent des diarylalcanes - des hydrocarbures, dont les molécules

des noyaux aromatiques isolés sont liés à un pont hydrocarboné, par exemple :

Les fractions supérieures contiennent également une faible quantité d'homologues d'hydrocarbures polycycliques à cycles condensés, tels que :

L'essentiel de ces hydrocarbures est concentré dans le goudron. Les hydrocarbures de structure mixte sont largement représentés dans les fractions supérieures des huiles dont les molécules contiennent, à côté des aromatiques

Bon nombre des homologues les plus proches du benzène avec un, deux, trois et quatre substituants dans le noyau ont été trouvés dans les huiles. Le substituant est le plus souvent le radical méthyle, et la présence d'hydrocarbures tels que l'isopropylbenzène (cumène), le propylbenzène, les butylbenzènes, le diéthylbenzène et des homologues avec divers substituants dans les chaînes latérales a été prouvée.

Dans les fractions moyennes du pétrole (200-350 o C), outre les dérivés du benzène, le naphtalène et ses homologues les plus proches sont également présents, c'est-à-dire hydrocarbures aromatiques condensés bicycliques.

Dans les fractions supérieures du pétrole, des hydrocarbures aromatiques polycycliques plus complexes à trois, quatre et cinq cycles condensés ont été trouvés. Ce sont des homologues du naphtalène, du diphényle, de l'acénaphtène, de l'anthracène, du phénanthrène, du pyrène, du benzanthracène, du chrysène, du phénanthrène, du pérylène.

La présence d'hydrocarbures aromatiques dans les essences est hautement souhaitable, car ils ont des indices d'octane élevés. Au contraire, leur présence en quantités importantes dans les carburants diesel (fractions moyennes du pétrole) aggrave le processus de combustion du carburant. Les hydrocarbures aromatiques polycycliques à chaînes latérales courtes qui pénètrent dans les fractions pétrolières lors de la distillation de l'huile doivent être éliminés lors du processus de raffinage, car leur présence affecte négativement les performances des huiles lubrifiantes. Les hydrocarbures aromatiques individuels : benzène, toluène, xylènes, éthylbenzène, isopropylbenzène et naphtalène sont des matières premières précieuses pour de nombreux procédés de synthèse pétrochimique et organique.

Hydrocarbures de structure mixte. Une partie importante des hydrocarbures pétroliers a une structure mixte ou hybride. Cela signifie que les molécules de ces hydrocarbures contiennent différents éléments structuraux : cycles aromatiques, cycles cycloparaffiniques à cinq et six chaînons et chaînes paraffiniques aliphatiques.

Les fractions pétrolières sont presque entièrement constituées d'hydrocarbures de structure mixte. Ils peuvent être divisés en trois types : paraffine-cycloparaffine ; paraffine-aromatique; paraffine-cycloparaffine-aromatique.

Composés oxygénés. La majeure partie de l'oxygène dans l'huile fait partie des substances résineuses, et seulement 10% environ de celui-ci est représenté par des composés organiques acides - acides carboxyliques et phénols. Il y a très peu de composés oxygénés neutres dans les huiles. À leur tour, parmi les composés acides, les composés caractérisés par la présence d'un groupe carboxyle - les acides de pétrole - prédominent.

Parmi eux, les acides d'isostructure, y compris les isoprénoïdes, et ceux à nombre pair d'atomes de carbone prédominent. Les acides carboxyliques - dérivés de naphtènes monocycliques de formule générale C p H 2p-1 COOH ou C p H 2p - 2 O 2 sont appelés acides naphténiques.

De tous les composés oxygénés du pétrole, seuls les acides naphténiques et leurs sels naphténates, qui ont de bonnes propriétés détergentes, ont une importance industrielle. Les déchets provenant du nettoyage alcalin des distillats de pétrole - savon naphta sont utilisés dans la fabrication de détergents pour la production textile.

Les acides de pétrole techniques (asidel) isolés du kérosène et des distillats d'huiles légères sont utilisés comme solvants pour les résines, les colorants de caoutchouc et d'aniline, pour l'imprégnation des traverses, pour le mouillage de la laine, etc. Les sels de sodium et de potassium des acides naphténiques servent de désémulsifiants pour la déshydratation de l'huile.

composés soufrés. Le soufre est l'hétéroélément le plus courant dans les huiles et les produits pétroliers. Sa teneur en huiles varie de centièmes à 5-6% de la masse. moins souvent jusqu'à 14% de la masse. Les huiles de la région de l'Oural-Volga et de la Sibérie sont riches en composés soufrés: la quantité de soufre dans l'huile d'Arlan atteint jusqu'à 3,0% en poids et à Ust-Balykskaya jusqu'à 1,8% en poids. Parmi les huiles étrangères, la teneur en soufre la plus élevée se distingue par les huiles: champs albanais (5-6% en poids), Ebano-Panuco (Mexique, 5,4% en poids), Rose Point (États-Unis - jusqu'à 14% en poids). Dans ce dernier cas, presque tous les composés pétroliers sont soufrés.

La répartition du soufre par fractions dépend de la nature de l'huile et du type de composés soufrés. En règle générale, leur teneur augmente de bas à haut point d'ébullition et atteint un maximum dans le résidu de la distillation sous vide du goudron d'huile. Les types suivants de composés soufrés ont été identifiés dans les huiles :

Soufre élémentaire et sulfure d'hydrogène - ne sont pas directement des composés organosoufrés, mais apparaissent à la suite de la destruction de ces derniers;

les mercaptans-thiols, qui, comme le sulfure d'hydrogène, ont des propriétés acides et la plus forte activité corrosive;

Les sulfures aliphatiques (thioéthers) sont neutres à basse température, mais thermiquement instables et se décomposent lorsqu'ils sont chauffés au-dessus de 130-160°C pour former du sulfure d'hydrogène et des mercaptans ;

Les sulfures mono- et polycycliques sont les plus stables thermiquement.

Le sulfure d'hydrogène se trouve moins souvent et en quantités beaucoup plus faibles dans les pétroles bruts que dans les gaz naturels, les condensats de gaz et les huiles.

Les mercaptans (thiols) ont des structures RSH, où R est un substituant hydrocarboné de tous types (alcanes, cyclanes, arènes, hybrides) de poids moléculaires différents. Le point d'ébullition des alkylmercaptans en Ci à C6 individuels est de 6 à 140°C à la pression atmosphérique. Ils ont une odeur très désagréable. Cette propriété est utilisée dans la pratique de l'approvisionnement en gaz des villes et des villages pour avertir d'un dysfonctionnement de la conduite de gaz. L'éthylmercaptan est utilisé comme odorisant pour les gaz domestiques.

Selon la teneur en thiols, les huiles sont divisées en mercaptan et sans mercaptan. Les mercaptans se trouvent à des concentrations anormalement élevées dans les condensats de gaz et les huiles de la plaine caspienne. Ainsi, dans la fraction 40-200°C du condensat de gaz d'Orenbourg, les mercaptans représentent 1 % de 1,24 % poids. soufre total. Le schéma suivant a été trouvé : le soufre mercaptan dans les condensats d'huiles et de gaz est concentré principalement dans les fractions de tête.

Le soufre élémentaire, le sulfure d'hydrogène et les mercaptans en tant que composés soufrés très agressifs sont les constituants les plus indésirables des huiles. Ils doivent être complètement éliminés dans les procédés de purification de tous les produits pétroliers commercialisables.

Les sulfures (thioéthers) constituent l'essentiel des composés soufrés dans les fractions carburant du pétrole (de 50 à 80 % poids du soufre total de ces fractions). Les sulfures de pétrole sont divisés en 2 groupes : les sulfures de dialkyle (thioalcanes) et les sulfures de dialkyle cycliques RSR" (où R et R" sont des substituants alkyle). Les thialcanes se trouvent principalement dans les huiles paraffiniques, tandis que les cycliques se trouvent dans les huiles naphténiques et naphténiques-aromatiques. Les thioalcanes C 2 -C 7 ont des points d'ébullition bas (37-150°C) et lors de la distillation de l'huile tombent dans des fractions d'essence. Avec une augmentation du point d'ébullition des fractions pétrolières, la quantité de thioalcanes diminue et ils sont pratiquement absents dans les fractions supérieures à 300°C. Dans certaines fractions pétrolières légères et moyennes, de petites quantités (moins de 15 % en poids du soufre total de ces fractions) contiennent des disulfures RSSR". Lorsqu'ils sont chauffés, ils forment du soufre, de l'hydrogène sulfuré et des mercaptans.

Les sulfures monocycliques sont des hétérocycles à cinq ou six chaînons avec un atome de soufre. De plus, les sulfures polycycliques et leurs divers homologues ont été identifiés dans les huiles.

Dans les fractions moyennes de nombreuses huiles, les thiocyclanes prédominent. Parmi les thiocyclanes, en règle générale, les sulfures monocycliques sont plus courants. Les sulfures polycycliques lors de la distillation des huiles tombent principalement dans les fractions d'huile et sont concentrés dans les résidus d'huile.

Tous les composés soufrés des huiles, à l'exception des mercaptans de faible poids moléculaire, sont chimiquement neutres à basse température et ont des propriétés similaires aux arènes. Ils n'ont pas encore trouvé d'application industrielle en raison de la faible efficacité des méthodes d'isolement des huiles. En quantités limitées, les sulfures sont isolés des fractions moyennes (kérosène) de certaines huiles pour une oxydation ultérieure en sulfones et acides sulfoniques. Les composés soufrés des huiles ne sont actuellement pas extraits, mais détruits par des procédés d'hydrogénation. Le sulfure d'hydrogène résultant est transformé en soufre élémentaire ou en acide sulfurique. Dans le même temps, ces dernières années, de nombreux pays du monde ont développé et introduit de manière intensive des procédés industriels à grande échelle pour la synthèse de composés soufrés similaires à ceux du pétrole, qui sont d'une grande valeur. Parmi eux, les mercaptans sont de la plus grande importance industrielle. Le méthylmercaptan est utilisé dans la production de méthionine, un gaz combustible odorant.

Les thiols C 1 -C 4 - matières premières pour la synthèse de produits agrochimiques, sont utilisés pour activer (sulfurer) certains catalyseurs dans le raffinage du pétrole. Les thiols du butylmercaptan à l'octadécylmercaptan sont utilisés dans la production d'additifs pour huiles de lubrification et de transformateur, pour les fluides de coupe utilisés dans le travail à froid des métaux, dans la production de détergents, d'ingrédients composés de caoutchouc. Les thiols С 8 -С 16 sont: des régulateurs des processus de polymérisation radicalaire dans la production de latex, caoutchoucs, plastiques. Le dodécylmercaptan tertiaire et le dodécylmercaptan normal ont trouvé la plus grande utilisation en tant que régulateurs de polymérisation. Les mercaptans sont utilisés pour la synthèse de réactifs de flottation, de matériaux photographiques, de colorants à usage spécial, de cosmétiques, de pharmacologie et de nombreux autres domaines.

Les sulfures servent de composants dans la synthèse des colorants, leurs produits d'oxydation - les sulfoxydes, les sulfones et les acides sulfoniques sont utilisés comme extractants efficaces de métaux rares et réactifs de flottation pour les minerais polymétalliques, les plastifiants et les substances biologiquement actives. L'utilisation de sulfures et de leurs dérivés comme composants de carburants pour fusées, d'insecticides, de fongicides, d'herbicides, de plastifiants, d'agents complexants, etc. est prometteuse. Ces dernières années, l'utilisation de polymères de sulfure de polyphénylène a considérablement augmenté. Ils se caractérisent par une bonne stabilité thermique, la capacité à conserver d'excellentes propriétés mécaniques à haute température, une résistance chimique élevée et une compatibilité avec diverses charges. Les revêtements solides de sulfure de polyphényle sont facilement appliqués sur le métal, offrant une protection fiable contre la corrosion, qui est déjà captée par l'industrie pétrochimique étrangère, où un "boom" de sulfure de polyphényle est observé. Il est également important de souligner que dans ce polymère, près d'un tiers de la masse est constitué de soufre.

Le thiophène et le 2-méthylthiophène sont des piégeurs efficaces des composés de manganèse des moteurs à carburateur lorsque le cyclopentadiénylcarbonyl manganèse est utilisé comme agent antidétonant. Actuellement, cet agent antidétonant est largement utilisé aux États-Unis, où environ 40 % des essences sans plomb contiennent des agents antidétonants sans plomb.

Compte tenu de la présence de ressources importantes de composés soufrés dans les huiles, le problème de leur extraction et de leur utilisation rationnelle dans l'économie nationale est extrêmement urgent.

Composés azotés Composés azotés organiques dans les huiles, en moyenne, pas plus de 2-3% de la masse. et maximum (dans les huiles hautement résineuses) jusqu'à 10% de la masse. L'essentiel de l'azote est concentré dans les fractions lourdes et dans les produits résiduels.

Les substances résineuses-asphaltènes (SAS) sont concentrées dans les résidus d'huiles lourdes (HOR) - fioul, semi-goudrons, goudrons, bitumes, résidus de craquage, etc. La teneur totale en SAS des huiles, en fonction de leur type et de leur densité, varie de fractions de pour cent à 45 % en masse . et dans HNO atteint jusqu'à 70% de la masse. Les huiles jeunes de type naphténo-aromatique et aromatique sont les plus riches en CAS.

Le SAW est un complexe multicomposant, exclusivement polydispersé en mélange de masse moléculaire d'hydrocarbures et d'hétérocomposés de masse moléculaire élevée, comprenant, outre le carbone et l'hydrogène, le soufre, l'azote, l'oxygène, et des métaux tels que le vanadium, le nickel, le fer, le molybdène, etc. L'isolement des SAS individuels des huiles et des HNO est extrêmement difficile. Leur structure moléculaire n'a pas encore été établie avec précision. Le niveau actuel des connaissances et les possibilités des méthodes de recherche physico-chimiques instrumentales ne permettent que de donner une idée probabiliste de l'organisation structurale, d'établir le nombre de condensés naphtène-aromatiques et autres caractéristiques, et de construire des modèles statistiques moyens de molécules hypothétiques de résines et asphaltènes.

Dans la pratique de l'étude de la composition et de la structure des résidus chimiques de pétrole, de charbon et de coke, la méthode au solvant Richardson est largement utilisée, basée sur la solubilité différente des composants du groupe dans les solvants organiques (faible, moyen et fort). Sur cette base, les composants de groupe conditionnels suivants sont distingués :

Soluble dans les solvants de faible poids moléculaire (faibles) (isooctane, éther de pétrole) - huiles et résines.

Les résines sont récupérées des maltènes par chromatographie d'adsorption (sur gel de silice ou alumine) ;

Insoluble dans les alcanes de bas poids moléculaire en C 5 -C 8 , mais soluble dans le toluène, le tétrachlorure de carbone - les asphaltènes ;

Insoluble dans l'essence, le toluène et le tétrachlorure de carbone, mais soluble dans le disulfure de carbone et la quinoléine - carbènes ;

Insoluble dans tous les solvants - carboïdes.

Les huiles et les HOR natifs (c'est-à-dire non soumis à la destruction thermique) ne contiennent pas de carbènes et de carboïdes. Le terme "huiles" est utilisé pour désigner des hydrocarbures de haut poids moléculaire avec un poids moléculaire de 300 à 500 d'une structure mixte (hybride). Les hydrocarbures paraffiniques-naphténiques et aromatiques, y compris les hydrocarbures légers (monocycliques), moyens (bicycliques) et polycycliques (trois cycles ou plus), sont isolés des fractions pétrolières par séparation chromatographique. Valeur la plus élevée représentent des résines et des asphaltènes, qui sont souvent appelés composants formant du coke et qui créent des problèmes technologiques complexes dans le traitement du HOR. Les résines sont des liquides visqueux à mouvement lent ou des solides amorphes de couleur brun foncé à brun foncé avec une densité d'environ un ou plus. Ce sont des systèmes plano condensés contenant 5 à 6 cycles de structures aromatiques, naphténiques et hétérocycliques, reliés par des structures aliphatiques. Les asphaltènes sont des structures amorphes mais cristallines, des solides brun foncé ou noirs avec une densité légèrement supérieure à l'unité. Lorsqu'ils sont chauffés, ils ne fondent pas, mais passent à l'état plastique à une température d'environ 300 ° C, et à une température plus élevée, ils se décomposent avec formation de substances gazeuses et liquides et d'un résidu solide - le coke. Contrairement aux résines, ils forment des structures cristallines condensées dans l'espace. Les différences les plus significatives entre les résines et les asphaltènes se manifestent dans des indicateurs de base tels que la solubilité dans les alcanes de faible poids moléculaire, le rapport C:H et le poids moléculaire.

Les résines forment de véritables solutions dans les huiles et les distillats de carburant, et les asphaltènes dans le HOR sont à l'état colloïdal. Les solvants des asphaltènes dans les huiles sont les hydrocarbures aromatiques et les résines. En raison des interactions intermoléculaires, les asphaltènes peuvent former des associés - des structures supramoléculaires. Le degré de leur association est fortement influencé par l'environnement. Ainsi, à de faibles concentrations en benzène et en naphtalène (moins de 2 et 16 % poids, respectivement), les asphaltènes sont à l'état moléculaire. À des concentrations plus élevées en solution, des associés se forment qui consistent en un grand nombre de molécules. C'est la capacité à associer la formation qui détermine l'écart de 1 à 2 ordres de grandeur dans les résultats de la détermination du poids moléculaire des asphaltènes, en fonction de la méthode de détermination.

La structure et les propriétés des asphaltènes dépendent de manière significative de l'origine du HOR. Ainsi, les asphaltènes issus de résidus d'origine destructrice se caractérisent, par rapport aux asphaltènes "en vrac" natifs, par un poids moléculaire plus faible, une condensation dans le plan prédominante, un nombre et une longueur de structures aliphatiques plus faibles, et donc une plus grande compacité (et une plus faible viscosité).

Le rapport résines/asphaltènes dans les huiles et les HOR varie largement - (7-9):1 dans les résidus de distillation directe, jusqu'à (1-7):1 - dans les résidus oxydés (bitumes).

Les carbènes et les carboïdes apparaissent dans le TNO des processus thermodestructifs.

Les carbènes sont des polymères linéaires de molécules d'asphaltènes d'un poids moléculaire de (100-185) mille, solubles uniquement dans le sulfure de carbone et la quinoléine.

Les glucides sont un polymère tridimensionnel réticulé (cristallite), ce qui les rend insolubles dans tous les solvants organiques connus.

Tous les CAB affectent négativement la qualité des huiles de lubrification (détérioration de la couleur, augmentation de la formation de carbone, réduction du pouvoir lubrifiant, etc.) et doivent être éliminés. Faisant partie des bitumes pétroliers, ils possèdent un certain nombre de propriétés techniques intéressantes et leur confèrent des qualités qui leur permettent d'être largement utilisés. Les principaux domaines d'utilisation : revêtements routiers, matériaux d'étanchéité, dans la construction, la fabrication de produits de couverture, les vernis bitume-asphaltène, les plastiques, les brais, les cokes, les liants pour le briquetage du charbon, les échangeurs d'ions en poudre, etc.

La classification des substances résineuses neutres est basée sur leur relation avec divers solvants. Sur cette base, il est d'usage de distinguer les groupes suivants :

Résines neutres, solubles dans l'essence légère (éther de pétrole), le pentane, l'hexane ;

Asphaltènes, insolubles dans l'éther de pétrole, mais solubles dans le benzène chaud ;

Carbènes, partiellement solubles uniquement dans la pyridine et le disulfure de carbone;

Les glucides sont des substances pratiquement insolubles dans tout.

Les résines ont un fort pouvoir colorant. La couleur foncée des distillats, comme le pétrole brut, est principalement due à la présence de résines neutres dans ceux-ci. Fonctionnalité résines neutres - leur capacité à se compacter en asphaltènes sous l'influence de facteurs tels que le chauffage, le traitement avec des adsorbants ou de l'acide sulfurique. Ce processus est particulièrement facile lorsqu'il est chauffé et que l'air est soufflé en même temps.

Les asphaltènes sont les composés pétroliers hétéroorganiques de poids moléculaire le plus élevé. En apparence, les asphaltènes sont des substances pulvérulentes brunes ou noires. Leur densité relative est supérieure à l'unité, leur poids moléculaire est d'environ 2000. Selon la composition élémentaire, les asphaltènes diffèrent des résines neutres par une teneur en hydrogène plus faible et une teneur plus élevée en carbone et en hétéroatomes.

Tous les CAB nuisent à la qualité des huiles de lubrification et doivent être éliminés. Dans le cadre du bitume de pétrole, ils possèdent un certain nombre de propriétés techniques précieuses. Les principales directions de leur utilisation: revêtements routiers, matériaux d'étanchéité, production de produits de toiture, cokes.

Les résines neutres et les asphaltènes sont des mélanges complexes de composés hétéroatomiques de haut poids moléculaire. Ils diffèrent les uns des autres par leur poids moléculaire, leur composition élémentaire et leur degré d'insaturation. Dans la formule générale (sans hétéroatomes) C n H 2 n - x, la valeur x dans les résines neutres varie de 10 à 34 et pour les asphaltènes, elle peut atteindre 100 à 120.

CONCLUSION: Lorsque l'on considère la composition chimique du groupe d'huile, l'huile peut être grossièrement divisée en deux parties de composés : bouillant jusqu'à environ 360 ° C, constitué principalement d'hydrocarbures et seulement une petite partie de composés hétéroatomiques (oxygène - phénols, acides naphténiques; soufre - mercaptans, sulfures, disulfures, thiophènes ; bases azotées - pyridiniques et imines), et bouillant au-dessus de 360°C, constitués principalement de composés hétéroatomiques contenant des molécules O, S et N, et dans une moindre mesure d'hydrocarbures (paraffines, hydrocarbures hybrides ).

Questions pour l'auto-examen

Quelle est la composition des hydrocarbures paraffiniques dans l'huile ?

Quelles sont les structures présentes dans les naphtènes monocycliques pétroliers ?

3. Pourquoi les naphtènes sont-ils souhaitables dans les carburants et les huiles lubrifiantes ?

4. Quelles arènes trouve-t-on dans les huiles ?

5. Quelles fractions pétrolières sont presque entièrement composées d'hydrocarbures de structure mixte ?

Quelles classes de composés les composés contenant de l'oxygène sont-ils présents dans l'huile ?

Comment le soufre est-il réparti entre les fractions pétrolières ?

Que sont les composés azotés du pétrole ?

Que sont les résines ?

10. Les principales directions d'utilisation des substances résineuses-asphaltènes.

11. Que sont les asphaltènes en termes de composition en hydrocarbures ?

Huile (de Tur. neft, du persan. huile) est un liquide huileux naturel inflammable avec une odeur spécifique, constitué principalement d'un mélange complexe d'hydrocarbures de différents poids moléculaires et de quelques autres composés chimiques.

Désigne les caustobiolithes (combustibles fossiles). La grande majorité des champs pétrolifères sont confinés aux roches sédimentaires. La couleur de l'huile varie dans les tons brunâtres (du jaune sale au brun foncé, presque noir), parfois c'est du noir pur, parfois il y a de l'huile colorée en jaune-vert clair et même incolore, ainsi que de l'huile verte saturée. Il a une odeur spécifique, variant également de légère agréable à lourde et très désagréable. La couleur et l'odeur de l'huile sont en grande partie dues à la présence de composants contenant de l'azote, du soufre et de l'oxygène, qui sont concentrés dans l'huile de lubrification et les résidus d'huile. La plupart des hydrocarbures pétroliers (sauf aromatiques) sous leur forme pure sont inodores et incolores.

Tout au long du 20ème siècle et jusqu'au 21ème siècle, le pétrole a été l'un des minéraux les plus importants pour l'humanité.

Par sa composition chimique et son origine, le pétrole est proche des gaz combustibles naturels et de l'ozocérite. Ces fossiles sont collectivement appelés pétrolithes. Les pétrolites appartiennent à un groupe encore plus large de soi-disant caustobiolithes - des minéraux combustibles d'origine biogénique, qui comprennent également d'autres combustibles fossiles (tourbe, brun et charbon, anthracite, schiste).

Le pétrole se trouve avec des hydrocarbures gazeux à des profondeurs allant de dizaines de mètres à 5-6 km. Cependant, à des profondeurs supérieures à 4,5-5 km, les dépôts de gaz et de condensats de gaz prédominent avec une quantité insignifiante de fractions légères. Le nombre maximum de gisements de pétrole est situé à une profondeur de 1 à 3 km. À faible profondeur et aux suintements naturels à la surface de la terre, le pétrole est converti en malte épaisse, en asphalte semi-dur et en d'autres formations - par exemple, les sables bitumineux et les bitumes.

Nom de l'huile (mot pétrole)

Mot pétrole, désignant l'huile en anglais et dans certaines autres langues, est formé en ajoutant deux mots : grec πέτρα - pierre et lat. oléum- huile, c'est-à-dire littéralement "huile de pierre", ou directement du grec. πετρέλαιο - huile.

Origine du nom russe pas exactement établi, et il existe plusieurs versions. Selon l'un d'eux, le mot est venu en russe du persan, (naft par le turc, dans lequel il a changé en Tur. neft). Dans l'ancienne Perse, il y avait le culte du feu, et pendant les rituels, les prêtres ramassaient le liquide des recoins creusés près des sorties de pétrole naturel jusqu'à la surface même, puis y mettaient le feu; ce rite s'appelait "nafta". Certains linguistes considèrent que le "nafata" indien (fuite, drain) est la nature du mot, suggérant qu'il est passé plus tard dans la langue persane. D'autres pensent que le persan naft - "huile" est primordial et remonte à l'ancien mot iranien avec le sens "humide". D'autres encore pensent que naft est emprunté aux langues sémitiques, où la racine verbale npt signifie cracher (l'huile, située près de la surface et généralement épaisse, lorsqu'un trou se forme dans le sol, commence à cracher dedans).

DANS Allemand huile - elle. Erdol, qui signifie littéralement "huile moulue", Hung. koolaj - "huile de pierre", Jap. 石油 (sekyu) - "huile de pierre", vuoriöljy finlandais - "huile de montagne".

Origine de l'huile

Article principal : Origine de l'huile

Huile- le résultat de la lithogenèse. C'est une phase liquide (essentiellement) hydrophobe des produits de la fossilisation (enfouissement) de la matière organique (kérogène) dans les dépôts eau-sédimentaires.

Formation d'huile- un processus par étapes, très long (généralement 50 à 350 millions d'années) qui commence même dans la matière vivante. Il y a plusieurs étapes :

• sédimentation- au cours de laquelle les restes d'organismes vivants tombent au fond des bassins d'eau ;
• biochimique- processus de compactage, déshydratation et processus biochimiques dans des conditions d'accès limité à l'oxygène ;
• protocatagenèse- abaissement de la couche de résidus organiques à une profondeur de 1,5 à 2 km avec une lente augmentation de la température et de la pression ;
• mésocatagénèse, ou phase principale de la formation du pétrole (MOF)- affaissement d'une couche de résidus organiques jusqu'à 3-4 km de profondeur lorsque la température monte à 150 °C. Dans ce cas, les substances organiques subissent une destruction catalytique thermique, à la suite de laquelle se forment des substances bitumineuses, qui constituent la majeure partie de la microhuile. De plus, l'huile est distillée en raison de la chute de pression et de l'élimination de l'émigration de la micro-huile dans des réservoirs sableux, et le long de ceux-ci dans des pièges ;
• apocatagenèse du kérogène, ou phase principale de formation de gaz (MFG)- affaissement d'une couche de résidus organiques à plus de 4,5 km de profondeur lorsque la température monte à 180-250 °C. Dans ce cas, la matière organique perd son potentiel pétrolier et réalise son potentiel méthaneogène.

I. M. Gubkin a également distingué la scène destruction de gisements de pétrole.

Des preuves convaincantes de la nature biogénique du matériau source ont été obtenues à la suite d'une étude détaillée de l'évolution de la composition moléculaire des hydrocarbures et de leurs précurseurs biochimiques (progéniteurs) dans les organismes d'origine, dans la matière organique des sédiments et des roches, et dans diverses huiles provenant de gisements. Importante était la découverte dans la composition de l'huile chimiofossiles- des structures moléculaires très particulières, souvent de construction complexe, de nature clairement biogénique, c'est-à-dire héritées (en totalité ou sous forme de fragments) de la matière organique. L'étude de la distribution des isotopes stables du carbone (12 C, 13 C) dans le pétrole, la matière organique des roches et dans les organismes (A. P. Vinogradov, E. M. Galimov) a également confirmé l'invalidité des hypothèses inorganiques.

Néanmoins, à l'heure actuelle, certains scientifiques (principalement en Russie) défendent des hypothèses inorganiques sur l'origine du pétrole. En particulier, il est avancé que de petites quantités d'huile, prétendument formées de manière inorganique, sont constamment ajoutées à l'huile formée dans les temps anciens par des moyens organiques. Si cela est vrai, cela signifie l'hypothétique inépuisabilité des réserves de pétrole

Propriétés de l'huile

Propriétés physiques de l'huile

L'huile est un liquide de couleur brun clair (presque incolore) à brun foncé (presque noir) (bien qu'il existe même des échantillons d'huile vert émeraude). Le poids moléculaire moyen est de 220-400 g/mol (rarement 450-470). Densité 0,65-1,05 (habituellement 0,82-0,95) g/cm³ ; l'huile dont la densité est inférieure à 0,83 est appelée huile légère, 0,831-0,860 - huile moyenne, au-dessus de 0,860 - pétrole lourd.

La densité du pétrole, comme celle des autres hydrocarbures, dépend fortement de la température et de la pression. Il contient une grande variété de matière organique et donc il n'est pas caractérisé par le point d'ébullition, mais par le point d'ébullition initial des hydrocarbures liquides (généralement> 28 ° C, moins souvent ≥ 100 ° C dans le cas des huiles lourdes) et la composition fractionnaire - le rendement des fractions individuelles distillées d'abord à pression atmosphérique, puis sous vide dans certaines limites de température, généralement jusqu'à 450-500 °C (ébullition ~ 80 % du volume de l'échantillon), moins souvent 560-580 °C (90-95 %).

• Température de cristallisation de -60 à + 30 °C ; dépend principalement de la teneur en paraffine de l'huile (plus il y en a, plus la température de cristallisation est élevée) et des fractions légères (plus il y en a, plus cette température est basse).

La viscosité varie sur une large plage (de 1,98 à 265,90 mm² / s pour diverses huiles produites en Russie), est déterminée par la composition fractionnaire de l'huile et sa température (plus elle est élevée et plus la quantité de fractions légères est élevée, plus la la viscosité), ainsi que la teneur en substances résineuses-asphaltènes (plus elles sont nombreuses, plus la viscosité est élevée). Chaleur spécifique 1,7-2,1 kJ/(kg∙K); chaleur spécifique de combustion (la plus basse) 43,7-46,2 MJ/kg ; constante diélectrique 2,0-2,5, conductivité électrique [spécifique] de 2∙10 −10 à 0,3∙10 −18 Ω −1 ∙cm −1.

L'huile est un liquide inflammable; point d'éclair de -35 à +121 ° C (selon la composition fractionnaire et la teneur en gaz dissous). L'huile est soluble dans les solvants organiques, dans des conditions normales, elle est insoluble dans l'eau, mais peut former avec elle des émulsions stables. En technologie, pour séparer l'eau de l'huile et du sel qui y sont dissous, une déshydratation et un dessalement sont effectués.

La composition chimique de l'huile

Le pétrole est un mélange d'environ 1000 substances individuelles, dont la plupart sont des hydrocarbures liquides (> 500 substances ou généralement 80-90% en poids) et des composés organiques hétéroatomiques (4-5%), principalement sulfureux (environ 250 substances), azotés ( > 30 substances) et de l'oxygène (environ 85 substances), ainsi que des composés organométalliques (essentiellement vanadium et nickel) ; autres composants - gaz d'hydrocarbures dissous (C 1 -C 4, de dixièmes à 4%), eau (de traces à 10%), sels minéraux (principalement chlorures, 0,1-4000 mg / l et plus), solutions sels d'acides organiques , etc., impuretés mécaniques.

Fondamentalement, l'huile contient de la paraffine (généralement 30-35, moins souvent 40-50% en volume) et des composés naphténiques (25-75%). Dans une moindre mesure - composés de la série aromatique (10-20, moins souvent 35%) et structures mixtes ou hybrides (par exemple, paraffine-naphténique, naphténique-aromatique).

Avec les hydrocarbures, le pétrole contient des substances contenant des atomes d'impuretés. Soufre - H2S, mercaptans, mono- et disulfures, thiophènes et thiophanes, ainsi que polycycliques, etc. (70 à 90% sont concentrés dans les produits résiduels - mazout et goudron); contenant de l'azote - principalement homologiepyridine, quinoléine, indole, carbazole, pyrrole, ainsi que des porphyrines (principalement concentrées dans des fractions lourdes et des résidus); contenant de l'oxygène - acides naphténiques, phénols, asphaltène résineux et autres substances (généralement concentrées dans des fractions à point d'ébullition élevé). Composition élémentaire (%) : 82-87 °C ; 11-14,5 N; 0,01-6 S (rarement jusqu'à 8); 0,001-1,8N ; 0,005-0,35 O (rarement jusqu'à 1,2), etc. Au total, plus de 50 éléments ont été trouvés dans l'huile. Ainsi, en plus de ceux mentionnés, l'huile contient V (10 -5 - 10 -2%), Ni (10 -4 -10 -3%), Cl (de traces à 2 10 -2%), etc. La teneur en ces composés et impuretés dans les matières premières des différents gisements varient considérablement, il est donc possible de parler de la composition chimique moyenne du pétrole uniquement de manière conditionnelle.

Souvent gisement de pétrole n'occupe qu'une partie du réservoir, et donc, selon la nature de la porosité et le degré de cimentation de la roche (hétérogénéité du gisement). Un degré différent de saturation en huile de ses sections individuelles se trouve dans les limites du gisement lui-même.

Parfois, cette raison est due à la présence de zones improductives du gisement. Habituellement, le pétrole dans un réservoir est accompagné d'eau, ce qui limite le réservoir dans la chute des couches ou sur tout son fond. De plus, dans chaque gisement de pétrole, avec lui, il y a un soi-disant. film, ou eau résiduelle, enveloppant les particules de roches (sables) et les parois des pores.

• Si les roches réservoirs sont enclavées ou coupées par des failles, des chevauchements, etc., par des perturbations disjonctives, le dépôt peut être totalement ou partiellement limité par des roches peu perméables. Le gaz est parfois concentré dans les parties supérieures d'un gisement de pétrole (ce que l'on appelle le "gas cap"). Le débit des puits, outre les propriétés physiques du réservoir, son épaisseur et sa saturation, est déterminé par la pression du gaz dissous dans le pétrole et les eaux marginales.

Lorsque le pétrole est extrait par des puits, il n'est pas possible d'extraire complètement tout le pétrole du gisement, une quantité importante de celui-ci reste dans les entrailles de la croûte terrestre (voir Récupération de pétrole et production de pétrole).

Pour une extraction plus complète de l'huile, des méthodes spéciales sont utilisées, dont grande importance a une méthode d'inondation (bord, en boucle, focale).

Le pétrole dans le réservoir est sous pression (expansion élastique et/ou eau marginale et/ou gaz, à la fois dissous et gas cap), ce qui fait que l'ouverture du réservoir, en particulier des premiers puits, s'accompagne d'un risque de spectacles pétroliers et gaziers (très rarement des éruptions pétrolières).

Par capacité à se dissoudre dans des liquides organiques, notamment :

• le disulfure de carbone,
• chloroforme,
• mélange alcool-benzène

huile, comme:

• autres pétrolites,
• les substances extraites par ces solvants de la tourbe,
• substances extraites par ces solvants des charbons fossiles

les scientifiques se réfèrent généralement au groupe des bitumes.

Qualités d'huile commerciales

Article principal : Qualités d'huile commerciales

L'introduction de grade est nécessaire en raison de la différence de composition de l'huile (teneur en soufre, teneur différente en groupements alcanes, présence d'impuretés) selon le domaine. La norme pour les prix est le WTI et le pétrole Light Sweet (pour l'hémisphère occidental et en général comme référence pour les autres types de pétrole), ainsi que le Brent (pour les marchés de l'Europe et des pays de l'OPEP).

Pour simplifier l'exportation, des qualités standard d'huile ont été inventées, associées soit au gisement principal, soit à un groupe de gisements. Pour la Russie, il s'agit de l'Oural lourd et du pétrole léger Siberian Light. Au Royaume-Uni - Brent, en Norvège - Statfjord, en Irak - Kirkuk, aux États-Unis - Light Sweet et WTI. Il arrive souvent qu'un pays produise deux types de pétrole - léger et lourd. Par exemple, en Iran, ce sont Iran Light et Iran Heavy.

Les ressources énergétiques jouent un rôle de premier plan dans l'économie moderne. Le niveau de développement des forces productives de chaque État est déterminé dans une large mesure par l'échelle et la consommation des ressources énergétiques. Le rôle important des ressources énergétiques est mis en évidence par le fait que plus de 70 % des minéraux extraits dans le monde sont des sources d'énergie.
Les principaux types de ressources énergétiques sont le charbon, le pétrole, le gaz naturel, l'énergie hydroélectrique et l'énergie nucléaire.
Actuellement, le pétrole est la principale source d'énergie dans la plupart des pays du monde. Les carburants dérivés du pétrole alimentent les moteurs des transports terrestres, maritimes et aériens, augmentent fusées spatiales l'électricité est produite dans les centrales thermiques.
Le niveau actuel de civilisation et de technologie serait impensable sans l'énergie bon marché et abondante que nous fournit le pétrole. Aujourd'hui, il a plusieurs significations pour économie nationale des pays:

· matières premières pour la pétrochimie dans la production de caoutchouc synthétique, d'alcools, de polyéthylène, de polypropylène, d'une large gamme de plastiques divers et de produits finis à partir de ceux-ci, de tissus artificiels;

source de production de carburants pour moteurs (essence, kérosène, diesel et carburéacteurs), d'huiles et de lubrifiants, ainsi que de combustibles pour chaudières et fours (mazout), matériaux de construction(bitume, goudron, asphalte);

· Matières premières pour l'obtention d'un certain nombre de préparations protéiques utilisées comme additifs dans l'alimentation du bétail pour stimuler sa croissance.

Le gaz naturel, découvert il y a des milliers d'années, est devenu un vecteur énergétique indispensable dans une grande partie du monde industrialisé. Les pays qui possèdent au moins de petites réserves de gaz naturel sont dans la position la plus favorable, tandis que certains pays, comme le Japon, doivent importer la quasi-totalité du gaz dont ils ont besoin. Dans les régions riches en pétrole, il existe généralement d'importantes réserves de gaz naturel. Ces régions comprennent la Russie, les États-Unis, le Moyen-Orient, le Mexique, certaines parties de l'Amérique du Sud et les pays européens adjacents à la mer du Nord.

L'utilisation industrielle du gaz naturel - en tant que divers combustibles de procédé - est stimulée par la possibilité d'un contrôle plus précis du flux de chaleur généré par rapport à d'autres types de combustibles. De ce fait, le gaz naturel est de plus en plus utilisé dans les industries pour lesquelles la fourniture de chaleur est strictement réglementée, a un rôle important valeur pratique: dans les industries alimentaires, du verre, de la céramique et du ciment, dans la production de briques, de porcelaine et d'autres matériaux fragiles. La consommation de gaz naturel est également croissante dans la pétrochimie moderne, qui utilise le gaz d'hydrocarbure comme matière première pour la production d'ammoniac, d'engrais azotés, etc.

L'utilisation généralisée de combustibles gazeux dans le logement et les services communaux et le secteur des services est due à des propriétés de consommation telles que le pouvoir calorifique élevé, la facilité d'utilisation et la propreté de la combustion.

L'utilisation du gaz comme carburant dans les transports routiers et ferroviaires se généralise.

S'agissant de la consommation de combustibles gazeux, il convient de souligner qu'à côté du gaz naturel, les gaz artificiels sont utilisés comme combustibles technologiques et domestiques, ainsi que comme matières premières chimiques : usine, raffinerie de pétrole, four à coke, haut fourneau, etc.

A l'heure actuelle, la part des différents types de gaz artificiels représente en général environ 15% de la consommation totale d'hydrocarbures gazeux.

1. Composition de l'huile.

Le pétrole est une solution mutuellement conjuguée d'hydrocarbures et de composés organiques hétéroatomiques. Il convient de souligner que le pétrole n'est pas un mélange de substances, mais une solution d'hydrocarbures et de composés organiques hétéroatomiques. Cela signifie que lorsqu'on étudie le pétrole, il faut l'aborder comme une solution.

L'huile n'est pas seulement une substance dissoute dans un solvant, mais une solution mutuelle des homologues les plus proches et d'autres composés les uns dans les autres. Enfin, la solution conjuguée est appelée dans le sens où, se dissolvant les unes dans les autres, les structures les plus proches forment un système représentant l'huile dans son ensemble.

En fait, le pétrole est un minéral fossile liquide présent dans les roches sédimentaires poreuses de la croûte terrestre, dans les fissures, crevasses et autres vides des roches mères (granites, gneiss, basaltes, etc.)

L'huile est un liquide brun foncé, parfois presque incolore et parfois même noir.

1.1. Composition chimique de l'huile.

La composition du pétrole comprend environ 425 composés d'hydrocarbures. L'essentiel des huiles est constitué de trois groupes d'hydrocarbures : méthane, naphténique et aromatique. Selon la composition en hydrocarbures, toutes les huiles sont divisées en : 1) méthane-naphténique, 2) naphténique-méthane, 3) aromatique-naphténique, 4) naphténique-aromatique, 5) aromatique-méthane, 6) méthane-aromatique et 7) méthane-naphténique aromatique. Le premier de cette classification est le nom de l'hydrocarbure dont la teneur dans la composition de l'huile est moindre.

1.1.1. Hydrocarbures du pétrole et produits pétroliers

Les hydrocarbures sont les composés organiques les plus simples. Leurs molécules sont construites à partir d'atomes de seulement deux éléments - le carbone et l'hydrogène. Formule générale C n H m . Ils diffèrent par la structure du squelette carboné et la nature des liaisons entre atomes de carbone (Schéma 1).

Selon le premier signe, ils sont divisés en hydrocarbures acycliques (aliphatiques), dont les molécules sont construites à partir de chaînes carbone-carbone ouvertes, par exemple l'hexane et l'isohexane :

CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3 CH 3 -CH-CH 2 -CH 2 -CH 3,

hexane isohexane

et les hydrocarbures cycliques (carbocycliques).

Les hydrocarbures carbocycliques aux propriétés particulières ("caractère aromatique") sont dits aromatiques, par exemple :

D'autres hydrocarbures carbocycliques, comme le cyclohexane, sont dits alicycliques :

De par la nature des liaisons entre les atomes de carbone, les hydrocarbures peuvent être saturés, ou saturés (alcanes), et insaturés (insaturés). Ces derniers peuvent contenir un nombre différent de liaisons doubles (alcènes, alcadiènes, cycloalcènes...), triples (alcynes, cycloalcynes...), ou les deux à la fois :

Schéma 1. Classification des hydrocarbures

1.1.1.1 Alcanes.

Les alcanes sont des hydrocarbures aliphatiques, dans la molécule desquels les atomes de carbone sont liés entre eux et aux atomes d'hydrogène par une simple liaison (σ-liaison). Ozyuda et leur autre nom - hydrocarbures marginaux ou saturés. L'ancêtre et le représentant le plus simple des alcanes est le méthane CH 4. Dans la molécule de méthane, comme dans les molécules d'autres alcanes, l'atome de carbone est à l'état d'hybridation sp 3 -. La formule générale des composés de cette série est C n H 2 n +2. Chaque suite

Les alcanes occupent une place exceptionnellement importante parmi les hydrocarbures pétroliers. Ainsi, les gaz naturels sont représentés presque exclusivement par des alcanes.

Les fractions légères de toutes les huiles sont presque entièrement composées d'alcanes. Avec une augmentation du poids moléculaire moyen des fractions d'huile, leur teneur en alcanes diminue. Dans les fractions moyennes bouillant dans la plage de 200 à 300 0 С, elles ne contiennent généralement pas plus de 55 à 61% et à 500 0 С, la quantité de ces hydrocarbures diminue à 19 à 5% ou moins.

alcanes liquides. La teneur en alcanes liquides, selon le champ pétrolier, varie de 10 à 70 %. Les plus riches en elles sont les huiles de Mangyshlak, de Sibérie, de Tatar, de Bashkir. Lors de la distillation fractionnée, ces hydrocarbures se retrouvent dans les distillats d'essence (C 5 -C 10) et de kérosène (C 11 -C 16). À l'heure actuelle, tous les isomères possibles du pentane, de l'hexane et de l'heptane ont été trouvés dans les huiles.

En règle générale, l'huile contient principalement deux à quatre douzaines d'alcanes normaux et isomères individuels, le reste étant présent en quantités mineures.

La teneur en alcanes de structure normale et faiblement ramifiée est la plus caractéristique. De plus, parmi ces derniers, ceux à substitution méthyle sont les plus courants.

En tableau. La figure 5 montre des données moyennes sur la teneur en alcanes individuels dans les fractions essence des huiles.

Sur les 18 isomères d'octane, 17 ont été trouvés et sur les 35 isomères de nonane possibles, 24 ont été trouvés.

Le décane et ses dix isomères ont été isolés et la plupart d'entre eux ont été détectés par spectroscopie.

Parmi les hydrocarbures C 11 -C 16, on a trouvé undécane, dodécane, tri- et tétradécane, pentadécane et hexadécane.

Tableau 5

Teneur relative en hydrocarbures alcanes

en fractions de diverses huiles

hydrocarbures
	pour les huiles CIS		pour les huiles étrangères
Fraction 60-95 0 C
2-méthylpentane
3-méthylpentane
2,2-diméthylpentane
2,4-diméthylpentane
2,3-diméthylpentane
3,3-diméthylpentane
2-méthylhexane
3-méthylhexane
3-éthylpentane
Fraction 95-122 0 С
2,2-diméthylhexane
2,3-diméthylhexane
2,4-diméthylhexane
2-méthylheptane
3-méthylheptane
4-méthylheptane

Hydrocarbures isoprénoïdes - des alcanes ramifiés avec l'alternance correcte des substituants méthyle dans la chaîne à travers trois groupes méthylène ont été trouvés dans certaines huiles :

Les hydrocarbures isoprénoïdes présentent un intérêt particulier pour la géochimie pétrolière, car ils ont une structure spécifique caractéristique des composants biochimiques. Les caractéristiques de leur structure et leur concentration élevée dans diverses huiles témoignent en faveur de leur nature biogénique.

Lors de l'étude de la distribution des alcanes normaux et des alcanes à isostructure dans les huiles, des régularités associées au type d'huile ont été trouvées. Dans les huiles de type méthane, les alcanes normaux prédominent (jusqu'à 50%). Les huiles de type naphténique contiennent majoritairement des isoalcanes (jusqu'à 75 % ou plus). Ils pourraient être formés dans les huiles à partir de phytol, un alcool aliphatique insaturé d'origine végétale, qui fait partie intégrante de la chlorophylle.

Les huiles de type méthane étant classées parmi les huiles anciennes, la prédominance des alcanes de structure normale dans celles-ci s'explique par les réactions de clivage des chaînes latérales des hydrocarbures à isostructure. La teneur prédominante en isoalcanes dans les huiles naphténiques indique qu'elles sont jeunes, n'ayant pas encore subi de transformations significatives.

Les alcanes liquides sont d'une grande importance dans les combustibles liquides. Il a été établi que les alcanes normaux sont porteurs de propriétés détonantes, de sorte que leur présence dans l'essence est indésirable.

Au contraire, ils sont souhaitables dans le carburant diesel, car avec l'augmentation de la longueur de la chaîne, le soi-disant indice de cétane augmente, ce qui caractérise la capacité du carburant diesel à s'enflammer.

Les alcanes ramifiés confèrent à l'essence des propriétés antidétonantes, caractérisées par un indice d'octane.

Les alcanes liquides, faisant partie de l'essence, du kérosène et d'autres produits de raffinage du pétrole, sont principalement utilisés comme carburants. Une quantité importante d'alcanes normaux est utilisée pour produire des acides gras synthétiques, des alcools et des tensioactifs. De plus, ce sont des matières premières pour l'industrie microbiologique produisant des concentrés de protéines et de vitamines.

alcanes durs. Les alcanes solides sont présents dans toutes les huiles. Pour tous les alcanes solides, le nom technique " paraffines". Il y a peu de paraffines dans les huiles (0,1-5%). Cependant, il existe des huiles hautement paraffiniques avec une teneur de 7 à 27 % de paraffines solides.

Leur masse principale est contenue dans le fioul, au cours de la distillation duquel les hydrocarbures avec un nombre d'atomes de carbone de 17 à 35 tombent dans les distillats d'huile, et le C 36 -C 55 reste dans le goudron. En termes de composition chimique, les hydrocarbures isolés des fractions pétrolières comprennent plus de 75 % d'alcanes normaux et de petites quantités de cycloalcanes et d'hydrocarbures ramifiés. Ils ont un point de fusion de 45-54 0 C, un point d'ébullition jusqu'à 550 0 C, une densité de 0,860-0,940 et un poids moléculaire de 300-500. Les hydrocarbures solides avec le nombre d'atomes de carbone de 36 à 55 sont appelés cérésines. La composition des cérésines comprend des alcanes de structure normale et iso, qui peuvent contenir des structures cycloalcanes et aromatiques dans la molécule. Les cérésines ont un point de fusion de 65-88 0 C, un point d'ébullition supérieur à 600 0 C et un poids moléculaire de 500-750. Ils ressemblent à de la cire.

Les paraffines cristallisent facilement sous forme de plaques et de rubans lamellaires. Les cérésines, quant à elles, cristallisent sous forme de petites aiguilles, elles ne forment donc pas de systèmes solidifiants puissants, comme les paraffines.

Dans l'huile, les paraffines sont à l'état dissous et en suspension. Au froid, leur solubilité dans l'huile et les fractions d'huile est faible, mais lorsqu'elles sont chauffées à environ 40 0 ​​​​C, les paraffines s'y dissolvent indéfiniment. Comme il y a une température élevée dans les entrailles de la Terre, les paraffines dans les huiles sont à l'état dissous et s'en échappent sous forme de phase solide lorsque l'huile remonte à la surface. Par conséquent, lorsque leur teneur en pétrole est comprise entre 1,5 et 2 %, les paraffines se déposent dans les puits et les pipelines de collecte de pétrole sur le terrain, ce qui rend difficile l'exploitation des puits et le transport du pétrole.

Les paraffines et les cérésines ont une variété d'applications dans l'industrie chimique, dans la production de vaseline, dans l'imprégnation du bois, la finition des tissus, comme matériau isolant dans l'ingénierie électrique et radio.

Les paraffines sont utilisées comme épaississant dans la production de lubrifiants plastiques. Ils sont particulièrement importants, ainsi que les alcanes liquides, pour la production d'acides gras synthétiques et d'alcools.

1.1.1.2. Cycloalcanes.

Les cycloalcanes ou cyclanes sont des hydrocarbures contenant des cycles (cycles) dans la molécule, construits à partir d'atomes de carbone (composés carbocycliques), interconnectés par une liaison σ. De la classification discutée précédemment (voir p. 17), il s'ensuit que les cyclanes font partie des composés alicycliques. La formule générale des cycloalcanes est C n H 2 n . Par conséquent, les molécules de cyclane dépourvues de substituants sont constituées de groupements CH 2 (groupement méthylène) liés entre eux et fermés en cycles ; d'où leur autre nom - composés de polyméthylène.

Dans la littérature technique (dont celle pétrolière), les cycloalcanes sont appelés naphtènes. Le nom de famille leur a été donné par V.V. Markovnikov, qui a découvert ces hydrocarbures en 1833 dans les huiles de Bakou.

Les cycloalcanes selon le nombre de cycles dans la molécule sont divisés en monocyclanes (formule générale C n H 2 n), bicyclanes (C n H 2 n -2) et polycyclanes (C n H 2 n -4, C n H 2 n -6, etc.). d.).

Les cycloalcanes monocycliques sont les composants prédominants du pétrole. Ils sont représentés principalement par des cyclopentanes et des cyclohexanes méthyl-substitués. Les composés substitués en positions 1,3 et 1,2,3 prédominent. Les homologues du cyclohexane sont plus courants que ceux du cyclopentane. La teneur anormalement élevée de ces hydrocarbures est liée à l'origine du pétrole. De petites quantités d'alkylcycloheptanes ont été trouvées dans les huiles.

Des bicycloalcanes condensés ont été trouvés dans les huiles

et leurs homologues. Les décalines d'importance pratique sont les plus répandues. Outre les bicycloalcanes condensés, ils peuvent être représentés dans les huiles par des homologues du dicyclopentyle et du cyclohexyle, du cyclopentylcyclohexyle et du dicyclohexylméthane :

Parmi les cycloalcanes tricycliques, seuls le tricyclo (3.3.1.1. 3,7)décane (adamantane) et ses homologues ont été retrouvés dans les huiles :

La molécule d'adamantane est très stable. Cellule de cristal il a la même chose qu'un diamant.

Les fractions supérieures du pétrole contiennent des alcanes polycycliques dont les molécules sont des systèmes de 4,5 et 6 cycles condensés à chaînes latérales courtes (terpanes, stéranes) dont l'origine est associée aux stéroïdes, largement répandus dans la faune.

Les cycloalcanes monocycliques à longues chaînes latérales, ainsi que les cycloalcanes à structure condensée complexe, sont des solides aux températures ordinaires. Ce sont des composants des paraffines et des cérésines.

Actuellement, seuls le cyclohexane, utilisé en synthèse pétrochimique, et les dérivés de l'adamantane utilisés dans divers domaines (médicaments, polymères, etc.) sont isolés des huiles. D'autres cycloalcanes d'huiles sont utilisés comme additifs aux essences ou transformés pour obtenir des hydrocarbures aromatiques.

Plus les essences et les kérosènes contiennent de cycloalcanes, plus ils sont de qualité supérieure. En ce qui concerne la résistance à la détonation, ils occupent une position médiane entre les alcanes normaux et les arènes. Le cyclopentane et le cyclohexane ont les propriétés antidétonantes les plus élevées.

Dans les carburants diesel, les monocycloalcanes à longues chaînes latérales sont souhaitables. Pour les carburéacteurs, les monocycloalcanes légèrement ramifiés sont particulièrement souhaitables car ils dégagent beaucoup de chaleur lorsqu'ils sont brûlés et ont un point d'écoulement bas.

Pour les huiles lubrifiantes, les cycloalcanes mono- et bicycliques à longues chaînes latérales sont préférés. Ils ont une bonne viscosité, un pouvoir lubrifiant et un point d'écoulement bas.

Les hydrocarbures insaturés ou insaturés sont des composés contenant des doubles ou des triples liaisons. Les hydrocarbures insaturés forment plusieurs séries homologues dont la composition s'exprime par l'une des formules suivantes : C n H 2 n, C n H 2 n -2, C n H 2 n -4, etc.

1.1.1.3. Arènes et hydrocarbures mixtes.

Les arènes, ou hydrocarbures aromatiques, sont des composés contenant un groupe cyclique spécial de six atomes de carbone dans la molécule, appelé groupe benzène (noyau benzène) :

noyau de benzène

Le nom des hydrocarbures de ce groupe "composés aromatiques" est accidentel et a aujourd'hui perdu sa signification originelle. En effet, les premiers composés découverts avaient soit une odeur spécifique, parfois agréable, soit étaient isolés de produits naturels à forte odeur. Mais le nombre de substances "aromatiques" parmi les nombreux composés connus de ce groupe est faible. Dans le même temps, un certain nombre de caractéristiques sont observées dans la structure, les propriétés physiques et le comportement chimique de ces substances associées à la présence de groupes benzène dans la molécule.

Il existe des hydrocarbures aromatiques mononucléaires (un groupe benzène dans une molécule) et polynucléaires contenant deux groupes benzène ou plus. Dans les molécules d'arène, les radicaux hydrocarbonés à chaîne carbonée non ramifiée ou ramifiée, ainsi que ceux contenant des doubles ou triples liaisons et des groupements cycliques, peuvent être utilisés comme chaînes latérales :

Par conséquent, les arènes peuvent contenir, avec des noyaux aromatiques, des chaînes aliphatiques de diverses structures dans la molécule, et également inclure d'autres groupes cycliques (ne contenant pas de noyaux benzéniques) dans la molécule.

Le premier et l'un des représentants les plus importants de la série homologue des hydrocarbures aromatiques mononucléaires est le benzène C 6 H 6 . Par conséquent, le nom commun de la série homologue est la série benzénique.

Les fractions d'huile à point d'ébullition élevé sont principalement constituées d'hydrocarbures de structure mixte (hybride). Ce sont des hydrocarbures polycycliques dont les molécules contiennent des structures cycloalcanes fusionnées avec des arènes.

Les fractions kérosène-gasoil contiennent les hydrocarbures bicycliques hybrides les plus simples et leurs homologues :

Les cycles arène des hydrocarbures hybrides ont principalement des substituants courts (méthyle ou éthyle), les cycles cycloalcane ont un ou deux substituants alkyle assez longs. Il existe notamment de nombreux hydrocarbures hybrides dans les fractions pétrolières. Leur structure a été peu étudiée.

Les hydrocarbures hybrides sont des composants indésirables des huiles lubrifiantes car ils altèrent les propriétés de viscosité et réduisent leur stabilité à l'oxydation.

Le point commun à toutes les huiles est une augmentation de la teneur en arènes avec le point d'ébullition des fractions d'huile.

Ces fractions contiennent tous les isomères du benzène à substitution méthyle jusqu'à C10 inclus. Le toluène, le m-xylène et le 1,2,4-triméthylbenzène sont les principaux composants du pétrole. Parmi les homologues disubstitués du benzène, les isomères 1,3- prédominent, parmi les trialkylbenzènes - les isomères 1,3,5 et 1,2,4.

Les fractions kérosène et gazole contiennent de 15 à 35 % d'arènes. En plus des homologues du benzène, on y a trouvé du naphtalène, du biphényle, du biphényléthane et leurs dérivés méthylés. Le naphtalène est présent en très faible quantité, confirmant le schéma général selon lequel les premiers membres de la série homologue se retrouvent toujours dans les huiles à des concentrations plus faibles par rapport aux homologues supérieurs. Les fractions à point d'ébullition supérieur contiennent des arènes polycycliques tels que l'anthracène, le phénanthrène, le pyrène, le fluorène, le chrysène, le pérylène et leurs dérivés alkylés (principalement méthylés).

La teneur moyenne en arènes, typique des huiles de l'URSS de différents types (en% de masse, sur la base des arènes): benzène - 67%, naphtalène - 18%, phénanthrène - 8%, chrysène et benzofluorène - 3%, pyrène - 2 %, anthracène 1 %, autres domaines - 1. Les homologues de phénantrène sont présents en quantité beaucoup plus importante que les homologues d'anthracène, ce qui est cohérent avec la teneur relative de ces structures dans les tissus végétaux et animaux.

Les arènes sont des composants souhaitables des carburants pour carburateurs, car ils ont des indices d'octane élevés (toluène -103, éthylbenzène - 98).

La présence d'arènes en quantités significatives dans le diesel et les carburéacteurs aggrave les conditions de combustion et est donc hautement indésirable.

Les arènes polycycliques à chaînes latérales courtes dégradent les propriétés de performance des huiles et en sont donc éliminées.

Les arènes sont une matière première précieuse pour la synthèse pétrochimique, dans la production de caoutchoucs synthétiques, de plastiques, de fibres synthétiques, de colorants et d'explosifs à l'aniline et de produits pharmaceutiques. Les plus importants sont le benzène, le toluène, les xylènes, l'éthylbenzène, le naphtalène.

1.1.1.4. hydrocarbures insaturés.

Auparavant, on pensait que les alcènes ne se trouvaient pas dans les huiles ou étaient présents en quantités insignifiantes. À la fin des années 1980, il a été démontré que dans un certain nombre d'huiles de Sibérie orientale, de Tataria et d'autres régions de Russie, la teneur en alcènes peut atteindre jusqu'à 15 à 20 % en poids de l'huile.

On les trouve également en petites quantités dans le pétrole canadien. Des hydrocarbures de C 6 H 12 à C 13 H 26 en ont été isolés. En petites quantités, les hydrocarbures insaturés sont présents dans les produits de simple distillation d'huile. Une quantité importante d'hydrocarbures insaturés est contenue dans les gaz de traitement thermique et catalytique des coupes pétrolières (jusqu'à 25%). Un grand nombre de on trouve également des alcènes gazeux dans les produits de craquage liquides - les essences. Ils contiennent des alcènes normaux et iso, des cycloalcènes (cyclopentène, cyclohexène et leurs homologues), des arènes à double liaison dans la chaîne latérale (styrène, indène et leurs homologues).

Les hydrocarbures insaturés augmentent l'indice d'octane des carburants. Cependant, du fait de leur forte réactivité, ils sont facilement oxydés par l'oxygène atmosphérique (en particulier les diènes). L'oxydation produit des dépôts et des gommes qui peuvent entraîner un dysfonctionnement du moteur. Par conséquent, pour obtenir des produits pétroliers stables à l'oxydation, ils sont soit purifiés à partir d'hydrocarbures insaturés, soit des antioxydants sont ajoutés.

Les hydrocarbures insaturés sont la matière première la plus importante pour l'industrie pétrochimique. Sur leur base, la plupart des produits pétrochimiques sont fabriqués.

1.1.2. Composés hétéroatomiques et composants minéraux du pétrole.

Les composés hétéroatomiques sont des composés qui, en plus des atomes de carbone, contiennent des hétéroatomes (O, S, N). Toutes les huiles contiennent des composés hétéroatomiques : oxygène, soufre, azote. Les huiles contiennent des composés hétéroatomiques de nature à la fois cyclique et, dans une bien moindre mesure, acyclique. Leur teneur et leur proportion dépendent de l'âge et de l'origine de l'huile.

La quantité de composés hétéroatomiques dans la partie de faible poids moléculaire de l'huile est faible (jusqu'à 10%). Leur masse principale est concentrée dans la partie à haut poids moléculaire (jusqu'à 40 %) de l'huile et surtout dans le résidu d'asphalte bitumineux (jusqu'à 100 %).

Il y a plus de substances d'asphalte résineux dans les huiles jeunes et, par conséquent, elles contiennent généralement plus de composés hétéroatomiques.

La présence de certains composés hétéroatomiques et leur teneur dans les huiles est d'une grande importance pour résoudre le problème de la matière première de l'huile et des processus de sa transformation au cours de la période de maturation.

1.1.3. Composés oxygénés

1.1.4. Composés soufrés

Il existe également des composés mixtes contenant du soufre et de l'oxygène - sulfones, sulfoxydes.

Actuellement, plus de 250 composés soufrés ont été trouvés dans les huiles.

soufre élémentaire trouvé dans les huiles à l'état dissous. Sa quantité peut varier de 0,0001 à 0,1 % (masse) et, en règle générale, est proportionnelle à la teneur en soufre de l'huile.

Le soufre élémentaire ne se trouve que dans les huiles associées aux gisements de calcaire ou de sulfate-dolomie. Lors du stockage de ces huiles, le soufre élémentaire est collecté dans les boues au fond des installations de stockage des huiles.

Lorsque l'huile est chauffée (lors de la distillation), le soufre réagit partiellement avec les hydrocarbures :

Le soufre pénètre dans les distillats à partir de l'huile d'origine et s'y forme également en raison de la décomposition thermique des composés organosoufrés.

sulfure d'hydrogène dans des conditions de réservoir, il peut être contenu à la fois dans des gaz et à l'état dissous dans des huiles. La quantité de sulfure d'hydrogène dissous dans les huiles peut atteindre jusqu'à 0,02 % en poids. Lorsque l'huile est chauffée pendant son traitement, du sulfure d'hydrogène se forme en raison de la décomposition de composés organosoufrés instables. La formation de sulfure d'hydrogène se produit également lors de l'interaction du soufre élémentaire avec les hydrocarbures .

Selon la nature de l'huile, la teneur en soufre des huiles peut varier de quelques dixièmes à plusieurs pour cent.

La répartition des composés soufrés par fractions pétrolières est différente. Avec une augmentation du point d'ébullition des fractions, la teneur en composés soufrés augmente.

Tableau 11

Répartition des composés soufrés dans les huiles acides

divers domaines en Russie

La plupart d'entre eux (70-90 % en poids) sont concentrés dans les résidus d'huiles lourdes (fioul et goudron) et surtout dans la partie asphalto-résineuse.

La répartition des composés soufrés dans les fractions pétrolières dépend du type d'huile (tableau 12).

Tableau 12

La répartition du soufre par fractions de soufre et

huiles acides, % en poids.

M est le poids moléculaire de la fraction.

En tableau. A titre d'exemple, la figure 13 montre la composition groupée en composés soufrés de deux huiles avec une teneur totale en soufre dans l'une d'environ 1% (huile de Syzran), dans l'autre d'environ 5% (huile de Chusovskaya).

Tableau 13

Composition du groupe des composés soufrés de certaines huiles

Point d'ébullition des fractions		La quantité de soufre, % en poids.		La quantité de soufre en % en poids. sur la teneur en soufre total de cette fraction sous forme de :
	par faction		sulfure d'hydrogène		soufre élémentaire	mercaptans	sulfures	disulfures		* résiduel
Huile de Syzran
Huile de Chusovskaya
											Avec un contrôle technique en laboratoire depuis le début de l'ébullition jusqu'à 300 0 C, des fractions à 10 degrés, puis à 50 degrés sont sélectionnées. Dans les usines de distillation industrielle, des fractions sont isolées qui bouillent sur des plages de température plus larges. Ces fractions sont généralement appelées distillats. La distillation dans de telles installations est d'abord effectuée à pression atmosphérique, en sélectionnant les distillats suivants: - essence (n.c. ÷ 170-200 0 C); - naphta (160 ÷ 200 0 С); - kérosène (180 ÷ 270-300 0 С); - gasoil (270 ÷ 350 0 C). Intermédiaire: - kérosène - gasoil (270 ÷ 300 0 С); - gasoil - mazout solaire (300 ÷ 350 0 С); - Résidu de TVA - fioul. Des fractions bouillant jusqu'à 350 0 C, par mélange (compoundage) elles constituent les produits pétroliers dits légers : les essences aviation et automobile ; essences et naphtas - solvants ; kérosène - carburéacteur et carburant pour tracteur; kérosène d'éclairage; gazoles - carburant diesel. Résidu de TVA (plus de 350 0 C) - mazout, distillé sous vide pour éviter la décomposition des composants qui entrent dans sa composition, obtention de distillats d'huile: solaire, transformateur, broche, autotol, cylindre et résidu de TVA - goudron (ou semi -le goudron). Les distillats d'huile sont utilisés pour fabriquer des huiles et des graisses lubrifiantes. Les huiles lubrifiantes et les bitumes les plus visqueux sont obtenus à partir de goudron (semi-goudron). Selon le gisement de pétrole, ils ont une différence de composition fractionnaire, exprimée par un rendement différent en essence, kérosène et autres fractions. 1.4. Composition élémentaire et isotopique des huiles. Malgré le fait que le pétrole se trouve dans diverses conditions géologiques, sa composition élémentaire varie dans des limites étroites. Il se caractérise par la présence obligatoire de cinq éléments chimiques - carbone, hydrogène, soufre, oxygène et azote, avec une nette prédominance quantitative des deux premiers. La teneur en carbone des huiles varie de 83 à 87 %, celle des gaz naturels de 42 à 78 %. Hydrogène dans les huiles 11-14%, dans les gaz 14-24%. Le soufre est l'élément le plus commun trouvé dans les huiles. Sa teneur en huiles individuelles atteint 6-8%. Dans les gaz naturels, le soufre se trouve généralement sous forme de sulfure d'hydrogène, dont la quantité atteint parfois 23 % (champ d'Astrakhan) et même plus de 40 % (Texas). Les gaz naturels contiennent de l'hélium, de l'argon et d'autres gaz inertes. La teneur en hélium des gaz est généralement inférieure à 1-2%, bien que dans certains cas, elle atteigne 10%. La concentration d'argon dans les gaz ne dépasse généralement pas 1% et n'atteint que 2% dans certains cas. D'autres éléments entrent également dans la composition de l'huile en très faible quantité, principalement des métaux : aluminium, fer, calcium, magnésium, vanadium, nickel, chrome, cobalt, germanium, titane, sodium, potassium, etc. Du phosphore et du silicium ont également été retrouvés. . Le contenu de ces éléments n'est pas dépasse quelques fractions de pour cent, est déterminé par les conditions géologiques de la présence de pétrole. Ainsi, les principaux éléments des huiles mésozoïques et tertiaires sont le fer. Les huiles paléozoïques de la région Volga-Oural ont une teneur accrue en vanadium et en nickel. On pense que certains oligo-éléments sont présents dans l'huile dès le moment de sa formation en roches sédimentaires, et l'autre partie s'accumule dans la période ultérieure de l'existence des huiles. La composition élémentaire de certaines huiles est donnée dans le tableau. 1. Tableau 1 Composition élémentaire de certaines huiles (% poids) Champ Okhinsky (Sakhaline) Grozny Tioumenskoïe (Sibérie occidentale) Surakhani (Azerbaïdjan) Romashkinskoye (Tatarstan) Korobkovskaïa (région de Volgograd) Mogutovskoïe (région d'Orenbourg) Radaevskoe (région de Kuibyshev) Péninsule de Mangyshlak Arlanskoïe (Bashkortostan) Ukhtinskoïe (Komi) Samotlor (Sibérie occidentale) La composition isotopique des huiles est d'un grand intérêt pour élucider l'histoire géochimique des huiles, c'est-à-dire le rapport des isotopes du carbone, de l'hydrogène, du soufre et de l'azote en eux. Selon les données disponibles, le rapport massique des différents isotopes dans les huiles est de : 12 C/ 13 C 91-94, N/A (1 H/ 2 H) 3895-4436, 32 S/ 34 S - 22-22,5, 14 N / 15N-273-277. Différents composants de la même huile ont une composition isotopique différente des éléments. Les fractions à bas point d'ébullition se caractérisent par une composition en carbone plus légère. Une différence de composition en protons est également observée pour certaines classes de composés (par exemple, les hydrocarbures aromatiques sont plus riches en isotope 13C que les hydrocarbures paraffiniques). 1.5. Détermination de la teneur en eau. L'eau fait partie des impuretés minérales du pétrole avec les cendres, le sable, etc. Le pétrole brut est une matière première dont la teneur en eau peut atteindre 200 à 300 kg/t. L'eau est une impureté indésirable et, selon les normes techniques, n'est pas autorisée dans les produits pétroliers. Lorsqu'il est refroidi, il forme des cristaux de glace qui obstruent les filtres à carburant ; lorsque les produits pétroliers sont chauffés, de la vapeur se forme, la pression dans le pipeline augmente, ce qui entraîne leur rupture. Présente dans les carburants des carburateurs, l'eau réduit leur pouvoir calorifique. Obstrue le carburateur, obstrue les gicleurs. Ainsi, la présence d'eau complique le traitement du pétrole et nuit aux performances des produits pétroliers. Une méthode qualitative de détermination de l'eau pour les produits pétroliers noirs est un test de crépitement: le produit est chauffé dans un tube à essai à 150 o C dans un bain d'huile. Si des crépitements, de la mousse, des frissons du produit sont observés, cela indique la présence d'eau dans le produit pétrolier. Méthode quantitative pour la détermination de l'eau dans un produit pétrolier - la méthode de Dean et Stark. La méthode repose sur la distillation d'un mélange d'eau contenue dans l'échantillon et d'un solvant organique non miscible à l'eau. Le distillat est recueilli dans un récepteur calibré et le volume d'eau distillée est mesuré. 2. La composition du gaz. Le gaz naturel est un mélange de gaz formé dans les entrailles de la terre lors de la décomposition anaérobie de la matière organique. Le gaz naturel appartient aux minéraux. Le gaz naturel dans les conditions de réservoir (conditions d'occurrence à l'intérieur de la terre) est à l'état gazeux - sous la forme d'accumulations séparées (gisements de gaz) ou sous la forme d'un bouchon de gaz de champs de pétrole et de gaz, ou à l'état dissous dans huile ou eau. Dans des conditions normales (101,325 kPa et 20 °C), le gaz naturel n'est qu'à l'état gazeux. Le gaz naturel peut également se présenter sous forme d'hydrates de gaz naturel. 2.1. Composition chimique. Les gaz naturels se composent principalement d'hydrocarbures saturés, mais ils contiennent également du sulfure d'hydrogène, de l'azote, du dioxyde de carbone et de la vapeur d'eau. Les gaz extraits des gisements de gaz pur sont principalement constitués de méthane. Le gaz et le pétrole dans l'épaisseur de la terre remplissent les vides des roches poreuses, et avec de grandes accumulations de celles-ci, le développement industriel et l'exploitation des gisements sont conseillés. La pression dans le réservoir dépend de la profondeur de son apparition. Presque tous les 10 m de profondeur, la pression dans le réservoir augmente de 0,1 MPa (1 kgf/cm 2). La composition des combustibles gazeux comprend des parties combustibles et non combustibles. Plus la partie combustible du combustible est importante, plus la chaleur spécifique de combustion est élevée. Les différences dans les caractéristiques physicochimiques et thermiques des combustibles gazeux sont dues aux différentes quantités de composants gazeux combustibles et non combustibles (ballasts), ainsi qu'aux impuretés nocives, dans la composition du gaz. Les composants combustibles comprennent les substances suivantes : · Hydrogène H 2 . Un gaz incolore, non toxique, insipide et inodore, dont la masse de 1 m 3 est de 0,09 kg. Il est 14,5 fois plus léger que l'air. La chaleur spécifique de combustion de l'hydrogène est : Q B - 12 750 kJ/m 3 , 33 850 kcal/kg et 68 260 kcal/mol ; Q n - respectivement 10 800 kJ/m 3 , 28 640 kcal/kg et 57 740 kcal/mol et dépasse la chaleur dépensée pour l'évaporation de l'eau formée lors de la combustion de l'hydrogène ; 1 m 3 d'hydrogène, brûlant en théorie quantité requise l'air, forme 2,88 m 3 de produits de combustion. Les mélanges hydrogène-air sont hautement inflammables et hautement inflammables et explosifs. · Méthane CH 4 . Gaz incolore, non toxique, inodore et insipide. La composition du méthane comprend 75 % de carbone et 25 % d'hydrogène ; la masse de 1 m 3 de méthane est de 0,717 kg. A pression atmosphérique et à une température de -162°C, le méthane se liquéfie et son volume diminue de près de 600 fois. Par conséquent, le gaz naturel liquéfié est un vecteur énergétique prometteur pour de nombreux secteurs de l'économie nationale. En raison de la teneur de 25% d'hydrogène (en masse) dans le méthane, il existe une grande différence entre son pouvoir calorifique spécifique supérieur et inférieur. La chaleur spécifique de combustion la plus élevée du méthane Q in est de 39 820 kJ / m 3, 13 200 kcal/kg et 212 860 kcal/mol ; le plus bas - Q n - respectivement 35 880 kJ/m3, 11 957 kcal/kg et 191 820 kcal/mol. Les gaz naturels et associés, composés principalement de méthane, ne sont pas seulement un combustible riche en calories, mais aussi une matière première précieuse pour l'industrie chimique. Le méthane a une réactivité relativement faible. Cela s'explique par le fait que la rupture de quatre liaisons CH dans une molécule de méthane nécessite une grande dépense d'énergie. En plus du méthane, les gaz combustibles peuvent contenir de l'éthane C 2 H 6, du propane C 3 H 8, du butane C 4 H 10, etc. Les hydrocarbures de la série du méthane ont la formule générale C n H 2n+2, où P- nombre de carbone égal à 1 pour le méthane, 2 pour l'éthane et 3 pour le propane. Avec une augmentation du nombre d'atomes dans une molécule d'hydrocarbures lourds, sa densité et sa chaleur spécifique de combustion augmentent. CO monoxyde de carbone. Un gaz incolore, inodore et insipide, dont la masse de 1 m 3 est de 1,25 kg ; chaleur spécifique de combustion 13 250 kJ/m 3 , 2 413 kcal/kg ou 67 590 kcal/mol L'augmentation de la teneur en monoxyde de carbone en réduisant le ballast (CO 2 + N 2) augmente fortement la chaleur spécifique de combustion et la température de combustion des gaz caloriques. Dans les gaz riches en calories contenant du méthane et d'autres hydrocarbures, une augmentation du pourcentage de monoxyde de carbone diminue la chaleur spécifique de combustion du gaz. Dans ce cas, 2,88 m 3 de produits de combustion sont formés. En raison de leur faible volume, chaque mètre cube de monoxyde de carbone représente plus de chaleur que 1 m 3 de produits de combustion d'hydrocarbures. Le monoxyde de carbone se combine facilement avec l'hémoglobine dans le sang. Avec une teneur de 0,04% de CO dans l'air, environ 30% de l'hémoglobine sanguine entre dans un composé chimique avec du monoxyde de carbone, à 0,1% de CO - 50%, à 0,4% - plus de 80%. Le monoxyde de carbone est un gaz hautement toxique, et être dans une pièce dont l'air contient 0,2% de CO pendant 1 heure est nocif pour le corps, et avec une teneur de 0,5% de CO, être dans une pièce même pendant 5 minutes met la vie en danger. La partie non combustible du combustible gazeux comprend l'azote, le dioxyde de carbone et l'oxygène. · Azote N 2 . Gaz incolore, inodore et insipide. La densité de l'azote est de 1,25 g / m 3 Les atomes d'azote sont interconnectés dans une molécule par une triple liaison N \u003d N, dont la rupture consomme 170,2 mille kcal / mol de chaleur. L'azote ne réagit pratiquement pas avec l'oxygène, par conséquent, lors du calcul du processus de combustion, il est considéré comme un gaz inerte. La teneur en azote des différents gaz varie considérablement. · Dioxyde de carbone CO 2 . Gaz incolore, lourd, non réactif à basse température. Il a une odeur et un goût légèrement acides. La concentration de CO 2 dans l'air de l'ordre de 4 à 5% entraîne une grave irritation du système respiratoire et, à moins de 10%, provoque une intoxication grave. La densité du CO 2 est de 1,98 g/m 3 . Le dioxyde de carbone est 1,53 fois plus lourd que l'air, à une température de -20 0 C et une pression de 5,8 MPa (58 kgf/cm g) il se transforme en un liquide pouvant être transporté dans des cylindres en acier. Avec un fort refroidissement, le CO 2 se solidifie en une masse blanche ressemblant à de la neige. Le CO 2 solide, ou neige carbonique, est largement utilisé pour stocker des aliments périssables à d'autres fins. · Oxygène O 2 . Le gaz est inodore, incolore et insipide. Sa densité est de 1,43 g/m 3 . La présence d'oxygène dans le gaz réduit la chaleur spécifique de combustion et rend le gaz explosif. Par conséquent, la teneur en oxygène du gaz ne doit pas dépasser 1 % en volume. Les impuretés nocives comprennent les gaz suivants. · Sulfure d'hydrogène H 2 S. Un gaz incolore avec une forte odeur rappelant les œufs pourris et très toxique. La masse de 1 m 3 de sulfure d'hydrogène est de 1,54 kg. Le sulfure d'hydrogène, agissant sur les métaux, forme des sulfures. Il a un fort effet corrosif sur les gazoducs, notamment avec la présence simultanée de H 2 S , H 2 O et O 2 dans le gaz. Lorsqu'il est brûlé, le sulfure d'hydrogène forme du dioxyde de soufre, qui est nocif pour la santé et corrosif pour les surfaces métalliques. La teneur en sulfure d'hydrogène dans le gaz ne doit pas dépasser 2 g pour 100 m 3 de gaz. Acide cyanhydrique (cyanhydrique) HCN. C'est un liquide léger incolore avec un point d'ébullition de 26 0 C. En raison d'un point d'ébullition aussi bas, le HCN se trouve dans les gaz combustibles à l'état gazeux. L'acide cyanhydrique est hautement toxique et corrosif pour le fer, le cuivre, l'étain, le zinc et leurs alliages. Par conséquent, la présence de pas plus de 5 g de composés de cyanure (en termes de HCN) pour 100 m 3 de gaz est autorisée. Afin de détecter rapidement une fuite, tous les gaz combustibles envoyés aux gazoducs de la ville sont soumis à une odorisation, c'est-à-dire qu'ils reçoivent une odeur spécifique forte, par laquelle ils sont faciles à détecter même à de faibles concentrations dans l'air intérieur. L'odorisation des gaz est réalisée à l'aide de liquides spéciaux à forte odeur. Le plus souvent utilisé comme agent unique éthylmercaptan. Dans ce cas, l'odeur de gaz doit être ressentie lorsque sa concentration dans l'air ne dépasse pas 1/5 de la limite inférieure d'explosivité. En pratique, cela signifie que le gaz naturel, qui a une limite inférieure d'explosivité de 5 %, devrait être ressenti dans l'air intérieur à une concentration de 1 %. L'odeur des gaz liquéfiés doit être ressentie à une concentration de 0,5% dans le volume de la pièce. Conclusion. Chimiquement, le pétrole est un mélange complexe d'hydrocarbures. , divisé en deux groupes - pétrole lourd et pétrole léger. Le pétrole léger contient environ deux pour cent moins de carbone que le pétrole lourd, mais, par conséquent, plus d'hydrogène et d'oxygène. La majeure partie des huiles est composée de trois groupes d'hydrocarbures - les alcanes, les naphtènes et les arènes. En plus de la partie carbone, l'huile contient un composant asphalte-goudron, des porphyrines, du soufre et une partie cendres. La partie asphalte-résine est une substance sombre et dense qui se dissout partiellement dans l'essence. La partie dissolvante est appelée asphaltène et la partie insoluble, bien sûr, est appelée résine. Les porphyrines sont des composés organiques spéciaux contenant de l'azote dans leur composition. De nombreux scientifiques pensent qu'ils étaient autrefois formés à partir de chlorophylle végétale et d'hémoglobine animale. Il y a beaucoup de soufre dans le pétrole - jusqu'à 5%, et cela cause beaucoup de problèmes aux pétroliers, provoquant la corrosion des métaux. Et enfin, la partie en frêne. C'est ce qui reste après la combustion de l'huile. La cendre contient généralement des composés de fer, de nickel, de vanadium et d'autres substances. Nous parlerons de leur utilisation plus tard. À ce qui a été dit, on peut peut-être ajouter que le voisin géologique du pétrole - le gaz naturel - est aussi une substance qui n'est pas simple dans sa composition. La plupart - jusqu'à 95% en volume - dans ce mélange méthane. Il existe également de l'éthane, du propane, des butanes et d'autres alcanes - à partir de C5 et plus. Une analyse plus approfondie a permis de détecter de petites quantités d'hélium dans le gaz naturel. Bibliographie: Syrkin A.M. Fondamentaux de la chimie du pétrole et du gaz [Texte] / A.M. Syrkin, E. M. Movsumzade // 2002 Mukhametzyanov A.Kh. Support métrologique des méthodes d'essai et des moyens de surveillance de la composition et des propriétés du pétrole et du gaz et des produits de leur traitement / A.Kh. Mukhametzyanov // 1992

La connaissance de la composition chimique des systèmes pétroliers naturels sert de point de départ pour prédire leur état de phase et leurs propriétés de phase dans diverses conditions thermobariques correspondant aux processus de production, de transport et de traitement des mélanges pétroliers. Le type de mélange - pétrole, condensat de gaz ou gaz - dépend également de sa composition chimique et de la combinaison des conditions thermobariques du gisement. La composition chimique détermine l'état possible des composants des systèmes pétroliers dans des conditions données - moléculaires ou dispersées.

;Les systèmes d'huile se distinguent par une variété de composants qui peuvent être à l'état moléculaire ou dispersé, selon les conditions externes. Parmi eux, il y a les plus et les moins sujets à divers types d'interactions intermoléculaires (IIM), qui déterminent finalement les phénomènes associatifs et la dispersité initiale des systèmes pétroliers dans des conditions normales.

La composition chimique de l'huile se distingue comme élémentaire et matérielle.

Les principaux éléments de la composition de l'huile sont carbone(83,5-87 %) et hydrogène(11,5-14%). De plus, l'huile contient :

• soufre en une quantité de 0,1 à 1-2% (parfois sa teneur peut atteindre jusqu'à 5-7%, dans de nombreuses huiles il n'y a pratiquement pas de soufre);
• azote en une quantité de 0,001 à 1 (parfois jusqu'à 1,7%);
• oxygène(trouvé non pas sous forme pure, mais dans divers composés) en une quantité de 0,01 à 1% ou plus, mais ne dépassant pas 3,6%.

Parmi les autres éléments présents dans le pétrole - fer, magnésium, aluminium, cuivre, étain, sodium, cobalt, chrome, germanium, vanadium, nickel, mercure, or et autres. Cependant, leur teneur est inférieure à 1 %.

Sur le plan matériel, le pétrole est principalement constitué d'hydrocarbures et de composés hétéroorganiques.

hydrocarbures

hydrocarbures(HC) sont des composés organiques de carbone et d'hydrogène. Le pétrole contient principalement les classes d'hydrocarbures suivantes :

Alcanes

Alcanes ou hydrocarbures paraffiniques sont des SW saturés (limitants) de formule générale C n H 2n+2. Leur teneur en huile est de 2 à 30 à 70 %. Il existe des alcanes de structure normale ( n-alcanes - pentane et ses homologues), les isostructures ( isoalcanes - isopentane etc.) et la structure isoprénoïde ( isoprènes - quai, phytane et etc.).

Le pétrole contient des alcanes gazeux À partir de 1 avant A partir de 4(sous forme de gaz dissous), alcanes liquides De 5 à 16, constituent l'essentiel des fractions liquides d'huile et d'alcanes solides de la composition De 17 à 53 et plus, qui sont inclus dans les fractions d'huile lourde et sont connus sous le nom de paraffines dures. Les alcanes solides sont présents dans toutes les huiles, mais généralement en petites quantités - de dixièmes à 5% (wt.), dans de rares cas - jusqu'à 7-12% (wt.).

Il existe différents isomères d'alcanes dans l'huile : mono-, di-, tri-, tétrasubstitué. Parmi ceux-ci, les monosubstitués prédominent, avec une ramification. Les alcanes à substitution méthyle sont classés par ordre décroissant : alcanes à substitution 2-méthyle > alcanes à substitution 3-méthyle > alcanes à substitution 4-méthyle.

La découverte dans les huiles d'alcanes ramifiés de type isoprénoïde avec des groupes méthyle en positions 2, 6, 10, 14, 18, etc. remonte aux années 60. Plus d'une vingtaine de ces hydrocarbures ont été retrouvés dans la composition principale De 9 - De 20. Les alcanes isoprénoïdes les plus courants dans toutes les huiles sont le phytane C 20 H 42 et jetée C 19 H 40, dont le contenu peut atteindre jusqu'à 1,0 -1,5% et dépend de la genèse et des conditions faciales de la formation des huiles.

Ainsi, les alcanes en proportions diverses font partie de tous les mélanges naturels et produits pétroliers, et leur état physique dans un mélange - sous forme de solution moléculaire ou de système dispersé - est déterminé par la composition, individuelle propriétés physiques composants et conditions thermobariques.

Cycloalcanes

Cycloalcanes ou hydrocarbures naphténiques sont des hydrocarbures alicycliques saturés. Ceux-ci incluent les monocycliques avec la formule générale C n H 2n, bicyclique - C n H 2n-2, tricyclique - C n H 2n-4, tétracyclique - C n H 2n-6.

Selon la teneur totale en cycloalcanes de nombreuses huiles prédominent sur les autres classes d'hydrocarbures : leur teneur varie de 25 à 75 % (wt.). Ils sont présents dans toutes les coupes pétrolières. Habituellement, leur contenu augmente à mesure que les fractions deviennent plus lourdes. La teneur totale en hydrocarbures naphténiques dans l'huile augmente à mesure que son poids moléculaire augmente. Les seules exceptions sont les fractions pétrolières, dans lesquelles la teneur en cycloalcanes diminue en raison d'une augmentation de la quantité d'hydrocarbures aromatiques.

Parmi les hydrocarbures monocycliques du pétrole, il existe principalement des séries à cinq et six chaînons hydrocarbures naphténiques. La distribution des naphtènes monocycliques dans les fractions pétrolières, leurs propriétés sont étudiées beaucoup plus en détail en comparaison avec les naphtènes polycycliques présents dans les fractions à point d'ébullition moyen et élevé. Les fractions d'essence à bas point d'ébullition des huiles contiennent principalement dérivés alkylés du cyclopentane Et cyclohexane[de 10 à 86% (wt.)], et dans les fractions à haut point d'ébullition - polycycloalcanes Et monocycloalcanes avec des substituants alkyle de structure isoprénoïde (appelés hydrocarbures hybrides).

Parmi les naphtènes polycycliques présents dans les huiles, seuls 25 naphtènes bicycliques, cinq tricycliques et quatre tétra- et pentacycliques ont été identifiés. S'il existe plusieurs cycles naphténiques dans une molécule, ces derniers sont généralement condensés en un seul bloc polycyclique.

Vélos C 7 -C 9 le plus souvent présent dans les huiles de type naphténique prononcé, dans lesquelles leur teneur est assez élevée. Parmi ces hydrocarbures retrouvés (par ordre décroissant de teneur) : bicyclooctane (pentalan), bicyclooctane, bicyclooctane, bicyclononane (hydrindan), bicycloheptane (norbornane) et leurs plus proches homologues. Des tricyclanes dans les huiles dominent alkylperhydrophénanthrènes.

Tétracyclanes les huiles sont représentées principalement par des dérivés cyclopentano-perhydrophénanthrène - stéranes.

POUR pentacyclanes les huiles comprennent les hydrocarbures de la série hopana, lupana, fridelana.

Informations d'identification fiables polycycloalcanes avec un grand nombre de cycles n'est pas présent, bien que sur la base du groupe structurel et de l'analyse spectrale de masse, on puisse suggérer la présence de naphtènes avec plus de cinq cycles. Selon certaines données, les naphtènes à point d'ébullition élevé contiennent jusqu'à 7 à 8 cycles dans les molécules.

Les différences de comportement chimique des cycloalcanes sont souvent dues à la présence d'un excès d'énergie de contrainte. Selon la taille du cycle, les cycloalcanes sont subdivisés en petits C3, C4- Bien que cyclopropane Et cyclobutane introuvable dans les huiles), normal ( C 5 -C 7), moyenne ( C 8 -C 11) et macrocycles (de C 12 et plus). Cette classification est basée sur la relation entre la taille du cycle et les contraintes qui y surviennent, affectant la stabilité. Pour cycloalcanes et surtout leurs divers dérivés se caractérisent par des réarrangements avec modification de la taille du cycle. Ainsi, lorsque le cycloheptane est chauffé avec du chlorure d'aluminium, du méthylcyclohexane se forme et le cyclohexane à 30-80 ° C se transforme en méthylcyclopentane. Les anneaux de carbone à cinq et six chaînons se forment beaucoup plus facilement que les anneaux plus petits et plus grands. Par conséquent, on trouve beaucoup plus de dérivés de cyclohexane et de cyclopentane dans les huiles que de dérivés d'autres cycloalcanes.

Sur la base de l'étude des propriétés viscosité-température des monocyclohexanes alkyl-substitués dans une large plage de températures, il a été constaté que le substituant, à mesure qu'il s'allonge, réduit le degré moyen d'association des molécules. Cycloalcanes, Contrairement à n-alcanes avec le même nombre d'atomes de carbone sont dans un état associé à une température plus élevée.

Arènes

Arènes ou Hydrocarbures aromatiques- composés dans les molécules desquels il y a des hydrocarbures cycliques avec des systèmes π-conjugués. Leur teneur en huile varie de 10-15 à 50% (wt.). Ceux-ci incluent des représentants de monocycliques: benzène et ses homologues ( toluène, o-, m-, p-xylène etc.), bicyclique : naphtaline et ses homologues tricycliques : phénanthrène, anthracène et leurs homologues, tétracycliques : pyrène et ses homologues et autres.

Sur la base de la généralisation des données sur 400 huiles, il a été montré que les concentrations les plus élevées en arènes (37%) sont typiques pour les huiles de base (type naphténique), et les plus faibles (20%) pour les huiles de type paraffine. Parmi les arènes de pétrole, les composés ne contenant pas plus de trois cycles benzéniques par molécule prédominent. En règle générale, les concentrations d'arène dans les distillats bouillant jusqu'à 500 °C diminuent d'un ou deux ordres de grandeur dans les séries de composés suivantes : benzènes >> naphtalènes >> phénanthrènes >> chrysènes >> pyrènes >> anthracènes.

Le schéma général est une augmentation de la teneur en arènes avec une augmentation du point d'ébullition. Dans le même temps, les arènes des fractions pétrolières supérieures ne sont pas caractérisées par un grand nombre de cycles aromatiques, mais par la présence de chaînes alkyle et de cycles saturés dans les molécules. Tous les homologues d'arène théoriquement possibles ont été trouvés dans les fractions d'essence C6-C9. Les hydrocarbures avec un petit nombre de cycles benzéniques dominent parmi les arènes, même dans les fractions pétrolières les plus lourdes. Ainsi, selon les données expérimentales, les mono-, bi-, tri-, tétra- et pentaarènes représentent respectivement 45-58, 24-29, 15-31, 1,5 et jusqu'à 0,1 % de la masse des hydrocarbures aromatiques dans les distillats 370- 535 °C d'huiles diverses.

Les monoarènes d'huile sont représentés par des alkylbenzènes. Les représentants les plus importants des alkylbenzènes de pétrole à haut point d'ébullition sont les hydrocarbures contenant jusqu'à trois substituants méthyle et un substituant long d'une structure linéaire, α-méthylalkyle ou isoprénoïde dans le cycle benzénique. Les grands substituants alkyle dans les molécules d'alkylbenzène peuvent contenir plus de 30 atomes de carbone.

La place principale parmi les arènes de pétrole bicycliques (diarènes) appartient aux dérivés de naphtalène, qui peuvent représenter jusqu'à 95% des diarènes totaux et contenir jusqu'à 8 cycles saturés par molécule, et la place secondaire appartient aux dérivés de diphényle et de diphénylalcanes. Tous les alkylnaphtalènes individuels ont été identifiés dans les huiles S 11 , S 12 et de nombreux isomères C 13 -C 15. La teneur en diphényles dans les huiles est d'un ordre de grandeur inférieur à la teneur en naphtalènes.

Parmi les naphthénodiarènes, l'acénaphtène, le fluorène et un certain nombre de ses homologues contenant des substituants méthyle aux positions 1 à 4 ont été trouvés dans les huiles.

Les triarènes sont représentés dans les huiles par des dérivés du phénanthrène et de l'anthracène (avec une forte prédominance du premier), qui peuvent contenir jusqu'à 4 à 5 cycles saturés dans les molécules.

Les tétraarènes de pétrole comprennent les hydrocarbures des séries chrysène, pyrène, 2,3- et 3,4-benzophénanthrène et triphénylène.

La tendance accrue des arènes, en particulier les polycycliques, aux interactions moléculaires est due à la faible énergie d'excitation dans le processus de dissociation homolytique. Les composés tels que l'anthracène, le pyrène, le chrysène, etc. se caractérisent par un faible degré de corrélation d'échange des orbitales π et une augmentation énergie potentielle MMW due à l'apparition d'une corrélation d'échange d'électrons entre molécules. Les arènes forment des complexes moléculaires plutôt stables avec certains composés polaires.

L'interaction des électrons π dans le noyau benzénique conduit à la conjugaison des liaisons carbone-carbone. L'effet de conjugaison se traduit par les propriétés suivantes des arènes :

• structure planaire du cycle avec une longueur de liaison C-C (0,139 nm), qui est intermédiaire entre une simple et une double liaison C-C ;
• équivalence de toutes les liaisons C-C dans les benzènes non substitués ;
• propension aux réactions de substitution électrophile de protons sur divers groupes par rapport à la participation à des réactions d'addition par des liaisons multiples.

Cérésines

Hydrocarbures hybrides (cérésines)- les hydrocarbures de structure mixte : paraffine-naphténique, paraffine-aromatique, naphténo-aromatique. Fondamentalement, ce sont des alcanes solides avec un mélange d'hydrocarbures à longue chaîne contenant un noyau cyclane ou aromatique. Ils sont le principal composant des dépôts de paraffine dans les procédés d'extraction et de préparation des huiles.

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